учебное пособие. Учебное пособие ТВН. Учебное пособие для студентов, обучающихся по направлению подготовки Электроэнергетика и электротехника
 Скачать 5.05 Mb.
|
|
2.5. Изоляция трансформаторов высокого напряжения Главной (поперечной) изоляцией является изоляция между обмотками высокого и низкого напряжения, а также между обмотками и сердечником магнитопровода, ярмом и металлическим баком трансформатора. Витковой (продольной) изоляцией называется изоляция между витками катушек данной обмотки, между катушками и слоями. Для трансформаторов наружной установки следует различать внешнюю и внутреннюю изоляцию. Внешняя изоляция (воздушные промежутки между выводами и баком, между выводами различных фаз, а также вдоль фарфоровых покрышек вводов) выбирается по мокроразрядному и импульсному разрядному напряжению, а внутренняя изоляция выбирается с запасом прочности по отношению к внешней изоляции (Кзап = 1,2), чтобы не происходило ее повреждения при воздействии сухоразрядного напряжения внешней изоляции. В главной изоляции трансформаторов используются: трансформаторное масло, электрокартон (листовой, рулонный), гетинакс, текстолит, дельта-древесина. В газонаполненных трансформаторах используются высокопрочные газы. Для межслоевой и витковой изоляции используют кабельную и телефонную бумагу, пропитанную маслом, различные виды лакотканей (хлопчатобумажные, шелковые, киперные). Широко применяется эмалевая изоляция, стекловолокно, пропитанное кремнийорганическими лаками, эпоксидная смола. 2.5.1. Изоляция трансформаторов тока Трансформаторы тока служат для преобразования измеряемого тока до величины, допускающей подключение измерительных приборов и аппаратов защиты. В зависимости от номинальных параметров, конструктивного исполнения и места установки можно выделить следующие типы трансформаторов тока: катушечные, втулочные, проходные, шинные, баковые (звеньевые). Перечисленные трансформаторы, кроме звеньевых, изготавливаются в сухом исполнении до 20 кВ. Главная изоляция таких трансформаторов тока представляет из себя чередующиеся слои фарфора и воздуха. Для усиления изоляции производится установка специальных изоляционных барьеров. Большое распространение получили сухие трансформаторы тока с литой и прессованной изоляцией. Применение такой изоляции позволяет изготавливать трансформаторы тока на напряжение 110 кВ и выше. Для улучшения распределения напряжения в конструкции трансформатора тока используются конденсаторные обкладки. Трансформаторы тока с литой и прессованной изоляцией имеют меньшие габариты, хороший товарный вид [3]. Д  ля наружной установки на напряжение 35…500 кВ применяются трансформаторы тока типа ТФН звеньевого типа с бумажно-масляной изоляцией в фарфоровом корпусе (рис. 2.25). Главная изоляция таких трансформаторов называется двухступенчатой (на каждую обмотку накладывается половина расчетной толщины изоляции), что позволяет улучшить условия теплоотвода и повысить устойчивость изоляции к тепловому пробою. На напряжение выше 220 кВ трансформаторы тока звеньевого типа изготавливаются в виде каскада (рис. 2.26) из нескольких (обычно не более двух) трансформаторов, каждый из которых рассчитан на меньшее номинальное напряжение. Эффективным способом уменьшения габаритов, расхода материалов и веса трансформатора тока на высокие напряжения (110…500 кВ) является применение одноступенчатой бумажно-масляной конденсаторной изоляции. Определение толщины бумажной изоляции ведется аналогично расчету вводов с конденсаторной бумажно-масляной изоляцией. В качестве первичной обмотки таких трансформаторов используется кабель с бумажной изоляцией и конденсаторными обкладками.  Рис. 2.26. Каскадное соединение трансформаторов тока 2.5.2. Изоляция трансформаторов напряжения Т  рансформаторы напряжения предназначены для преобразования высокого напряжения сети до величины, позволяющей производить измерение обычными измерительными приборами.Трансформаторы напряжения могут быть в сухом (воздушная, газовая, литая изоляция) и масляном исполнении. При напряжении выше 35 кВ используются каскадные схемы соединения по типу каскадных трансформаторов тока. В трансформаторах напряжения на 6…35 кВ главной изоляцией является масло в сочетании с цилиндрическими или плоскими барьерами (рис. 2.27). Для выравнивания напряжения вдоль обмотки в трансформаторах 6…10 кВ и выше, с целью уменьшения межвитковых напряжений, применяются экраны из разрезных колец. Для защиты от градиентных перенапряжений в трансформаторах напряжения на 35 кВ по две катушки с обоих концов обмотки выполняют с усиленной изоляцией. Обмотки высокого напряжения могут выполняться как слоевыми, так и непрерывными катушечными. 2.5.3 Изоляция силовых трансформаторов По конструктивному исполнению изоляция силовых трансформаторов до 35 кВ не имеет принципиальных отличий от изоляции трансформаторов напряжения . Особенностью главной изоляции высоковольтных обмоток трансформаторов на напряжение 110 кВ и выше является наличие не одного, а нескольких изоляционных цилиндров (рис. 2.28), количество которых зависит от номинального напряжения трансформатора. Неотъемлемой частью главной изоляции трансформаторов 110 кВ и выше являются угловые шайбы 2, которые представляют собой кольцевые Г-образные барьеры, затрудняющие развитие разрядов с торца обмотки на ярмо магнитопровода.  Рис. 2.28. Схема главной изоляции силового трансформатора на 110 кВ с выводом на конце обмотки (вариант): 1 – изоляционные цилиндры; 2 – угловые шайбы; 3 – междуфазные перегородки; 4 – ярмовая изоляция; 5 – емкостное кольцо; 6 – дисковые катушки; 7 – изоляционный барьер Изоляция между обмотками различных фаз трансформатора осуществляется с помощью плоских Г-образные барьеров – междуфазных перегородок 3 из электрокартона. Ярмовая изоляция 4 может состоять из нескольких листов электрокартона. Для выравнивания распределения электрического поля на первых катушках и уменьшения градиентных перенапряжений используется разрезное емкостное кольцо 5, присоединенное к началу высоковольтных обмоток. Обмотка на 110 кВ выполняется из непрерывной части и входных дисковых катушек 6 (по две катушки с каждого конца) с дополнительной бумажной изоляцией. Низковольтная обмотка имеет изоляцию от стержня магнитопровода в виде изоляционного цилиндра 7. В трансформаторах с заземленной нейтралью на 220 кВ и выше, как правило, высоковольтные обмотки состоят из двух ветвей с вводом высокого напряжения в середину обмотки. Электрическое поле в середине обмотки при этом более равномерное, чем на концах, что позволяет применять облегченную изоляцию между витками обмотки. В конце обмотки поле хотя и остается резконеоднородным, но невысокое значение потенциала относительно земли позволяет относительно легко решить проблему изоляции торца обмотки от ярма магнитопровода. Концы обеих ветвей высоковольтных обмоток объединяются в нейтраль. Многие современные конструкции силовых трансформаторов изготавливаются с кабельными вводами напряжения, что позволяет отказаться от применения наружной изоляции (вводы трансформатора) и уменьшить габариты трансформаторов [1, 3]. Для силовых трансформаторов испытательное напряжение, в соответствии с ГОСТ, более чем в 2 раза превышает номинальное. 2.5.4. Изоляция испытательных трансформаторов Сухие испытательные трансформаторы с воздушной изоляцией (без корпуса) изготавливаются для внутренней установки. Они имеют значительные габариты, нетранспортабельны, их общий вес на 20…40 % меньше, чем у масляных трансформаторов. Испытательные трансформаторы с изоляцией под давлением газа не получили широкого распространения, в отличие от масляных испытательных трансформаторов типа ИОМ (испытательный, однофазный, масляный). Главной особенностью испытательных трансформаторов является невысокий коэффициент запаса электрической прочности, что позволяет их изготавливать с облегченной изоляцией и снизить их габариты. Изоляция испытательных трансформаторов испытывается высоким напряжением Uисп = (1,1…1,4)Uн, причем испытательное напряжение строго не нормируется. Низкий уровень изоляции испытательных трансформаторов обусловлен кратковременным режимом работы. Длительность большинства испытаний высоким напряжение составляет не более 3–5 мин, причем часто при напряжениях ниже номинального. Испытательные трансформаторы, как правило, работают в закрытых помещениях. Поэтому вводы могут быть рассчитаны на воздействие Uн. К таким трансформаторам предъявляются меньшие требования в отношении надежности работы по сравнению с силовыми трансформаторами, т. к. выход из строя испытательного трансформатора связан с меньшим ущербом. 2.6. Изоляция силовых кабелей высокого напряжения Общие сведения. Электрическим кабелем (или просто кабелем) называется одна или несколько изолированных токоведущих жил, заключенных в герметичную оболочку, поверх которой могут быть наложены защитные покровы. Силовые кабели предназначены для передачи и распределения электрической энергии в условиях, когда прокладка воздушных линий оказывается трудновыполнимой или невозможной, экономически невыгодной или нежелательной по эстетическим, природоохранным и другим соображениям. Поэтому кабельные линии прокладываются в городах, на территории предприятий, при пересечении рек, морских проливов. Длина кабельных линий чаще составляет 0,5…1 км и реже – 5…10 км и более. Основная причина, препятствующая созданию длинных кабельных линий, состоит в том, что 1 км такой линии в 10–20 раз дороже воздушной линии. Основным конструктивным элементом кабеля является токоведущая жила (ТВЖ) круглой, сегментной или секторной формы, изготовленной из меди или алюминия (реже из биметалла). Для обеспечения гибкости кабеля с большим сечением ТВЖ скручиваются из отдельных проволок. На жилу накладывается изоляция в виде пропитанных бумажных лент из кабельной бумаги, резины или пластмасс. В качестве изоляции силовых кабелей могут быть использованы высокопрочные газы. Поверх изоляции накладываются защитные свинцовые или алюминиевые оболочки, а также оболочки на основе резины или пластмасс (полиэтилен, полихлорвинил). Для выравнивания поля («негладкость» жил) и повышения напряжения ионизации на ТВЖ и на наружную поверхность изоляции накладываются экраны из медных лент или полупроводящей бумаги, резины, полиэтилена. Металлическая оболочка кабеля покрывается защитными покровами, поверх которых накладывается броня из стальных лент или проволок. Электрическая прочность кабельной изоляции на постоянном напряжении выше, чем на переменном. Поэтому экономически целесообразно выполнять кабельные линии на постоянном напряжении. При заданном номинальном напряжении сечение токоведущей жилы кабеля определяется величиной передаваемой нагрузки и условиями прокладки и охлаждения кабеля. Увеличение сечения ТВЖ приводит к увеличению объема изоляции и, как следствие, к росту диэлектрических потерь. В настоящее время отечественная промышленность выпускает различные типы силовых кабелей широкой номенклатуры, отличающихся видом используемой изоляции и конструктивным исполнением [1]. 2.6.1. Кабели с вязкой пропиткой Силовые кабели с пропитанной бумажно-масляной изоляцией являются одним из самых распространенных видов кабельных изделий, используемых при передаче и распределении электрической энергии. Они изготавливаются с медными или алюминиевыми жилами, в свинцовой или алюминиевой оболочке с различными защитными покровами в зависимости от назначения и условий эксплуатации. Для изоляции кабелей на напряжение до 35 кВ применяют кабельную бумагу КВ-120 и КВ-170 с шириной лент 10…30 мм. Для кабелей на более высокие напряжения используют бумагу повышенного качества типа КВУ. В качестве пропитки применяются вязкие пропитывающие составы (маслоканифольный компаунд), минеральные или синтетические масла (октол). Повышенная вязкость пропитки препятствует ее вытеканию при нормальной эксплуатации кабелей и при перепадах высот прокладки. Маслоканифольный компаунд приготовлен из минерального масла с добавлением 10…35 % канифоли. Процентное содержание канифоли в компаунде зависит от сорта нефтяного масла и выбирается из условия обеспечения требуемой вязкости и минимума tg изоляции в области рабочих температур.  Рис. 2.29. Трехжильный кабель с поясной изоляцией (тип СБ): 1 – токоведущая жила; 2 – фазная изоляция; 3 – поясная изоляция; 4 – междуфазное заполнение; 5 – оболочка; 6 – броня с защитными покровами По конструктивному исполнению кабели бывают с нерадиальным и с радиальным электрическим полем. Кабели с нерадиальнымэлектрическим полем (рис. 2.29) являются основной конструкцией многожильных кабелей на напряжение до 10 кВ, отличающейся наличием поясной изоляции в общей свинцовой или алюминиевой оболочке (тип СБ). Ф Рис. 2.31. Маслонаполненный однофазный кабель с центральным маслопроводящим каналом: 1 – маслопроводящий канал; 2 – токоведущая жила; 3 – экран из полупроводящих бумаг; 4 – бумажная изоляция; 5 – экран из медных перфорированных лент; 6 – свинцовая оболочка; 7 – броня с защитными покровами; 8 – дополнительные маслопроводящие каналы азная и поясная изоляция изготавливается путем наложения бумажных лент с отрицательным перекрытием. Для заполнения междуфазных пространств с целью придания кабелю цилиндрической формы применяется бумажный кордель, который скручивается из сульфатной или кабельной бумаги. В Рис. 2.31. Маслонаполненный однофазный кабель с центральным маслопроводящим каналом: 1 – маслопроводящий канал; 2 – токоведущая жила; 3 – экран из полупроводящих бумаг; 4 – бумажная изоляция; 5 – экран из медных перфорированных лент; 6 – свинцовая оболочка; 7 – броня с защитными покровами; 8 – дополнительные маслопроводящие каналы нормальном рабочем режиме напряжение между жилами в  раз больше, чем между жилами и оболочкой, поэтому толщина фазной изоляции dФ принимается большей, чем толщина поясной изоляции dп (в 1,5  2,2 раза). После наложения изоляции производится сушка и последующая пропитка в вакуумных котлах, при которой происходит заполнение пустот вязким пропитывающим составом. На конечных стадиях пропитка идет при атмосферном или некотором избыточном давлении. Рис. 2.30. Трехжильный кабель с отдельно освинцованными жилами (тип ОСБ): 1 – токоведущая жила; 2 – экран из полупроводящей бумаги; 3 – бумажная изоляция фазы; 4 – свинцовая оболочка с битумным покрытием; 5 – джутовое заполнение; 6 – проволочная броня с защитными покровами Трехжильные кабели с поясной изоляцией наряду с нерадиальным электрическим полем, облегчающим развитие ветвистого разряда вдоль слоев вследствие наличия тангенциальной составляющей поля Е, имеет неблагоприятную конструкцию с точки зрения теплоотвода. Эти обстоятельства не позволяют использовать подобные кабели на напряжение свыше 10 кВ. Кабели с радиальным электрическим полем (тип ОСБ) поверх изоляции каждой фазы имеют металлическую оболочку или проводящий экран из металла либо металлизированной бумаги, которые, в свою очередь, заключены в общую оболочку (рис. 2.30). Н Рис. 2.31. Маслонаполненный однофазный кабель с центральным маслопроводящим каналом: 1 – маслопроводящий канал; 2 – токоведущая жила; 3 – экран из полупроводящих бумаг; 4 – бумажная изоляция; 5 – экран из медных перфорированных лент; 6 – свинцовая оболочка; 7 – броня с защитными покровами; 8 – дополнительные маслопроводящие каналы аличие экрана поверх жилы и поверх изоляции каждой фазы выравнивает поле, а также экранирует на поверхности жилы и на наружной поверхности изоляции газовые и масляные включения. В итоге допустимые максимальные градиенты в изоляции кабелей с радиальным электрическим полем в два раза превышают допустимые градиенты в кабелях с поясной изоляцией. В нашей стране трехжильные кабели на U = 20…35 кВ с вязкой пропиткой изготавливаются только с отдельно освинцованными жилами (рис. 2.30). Для соединения отрезков кабеля применяются соединительные муфты, а на концах кабеля – концевые. Муфта является ослабленной точкой кабельной линии, поэтому рабочие напряженности в них снижены в 2–3 раза. 2.6.2. Маслонаполненные кабели Высоковольтные кабели на U = 110 кВ имеют бумажную изоляцию, пропитанную жидким (маловязким) минеральным маслом, т. к. вязкая пропитка, в силу отмеченных выше недостатков, оказывается неэффективной. Применение градирования изоляции по толщине (использование бумажных лент толщиной 0,08 и 0,12 мм) и маловязкой пропитки, циркулирующей под избыточным давлением по маслопроводящему каналу, расположенному в центре токоведущей жилы (рис. 2.31), позволяет уменьшить возможность возникновения в изоляции газовых включений.  Рис. 2.31. Маслонаполненный кабель с центральным маслопроводящим каналом: 1 – маслопроводящий канал; 2 – токоведущая жила; 3, 5 – экраны; 4 – изоляция; 6 – свинцовая оболочка; 7 – броня с защитным покровом; 8 – дополнительные масляные каналы Ионизационные процессы в таких кабелях практически отсутствуют, что позволяет повысить их максимальную напряженность в изоляции до 9…12 кВ/мм и стабильность электрических характеристик. Жидкий диэлектрик, циркулирующий по кабельной линии и проникающий из маслопроводящих каналов в толщу изоляции, не только пропитывает изоляцию, но и улучшает условия охлаждения кабеля, что может быть использовано для увеличения передаваемой мощности. Для более эффективного заполнения изоляции маслом используются дополнительные каналы на внутренней стороне свинцовой оболочки (кабели высокого давления до 15 атм). При этом для увеличения механической прочности используется вторая (дополнительная) свинцовая оболочка. В маслонаполненных кабелях пропиточный состав должен иметь низкий tg во избежание опасности теплового пробоя. 2.6.3. Газонаполненные кабели По конструктивному исполнению газонаполненные кабели аналогичны маслонаполненным, но повышение электрической прочности изоляции достигается наличием газа под высоким давлением, что позволяет увеличить напряжение ионизации в бумажной изоляции с обедненной пропиткой. В зависимости от величины избыточного давления газа (азот, фреон, элегаз) различают кабели низкого давления (0,7…1,5 ат), среднего (1,7…3,0 атм) и высокого (10…15 атм). Газонаполненные кабели напряжением до 10 и 35 кВ обычно выполняются в общей металлической оболочке со сплошными или секторными уплотненными жилами с экранами из полупроводящих бумаг. Поверх изоляции накладывается слой из металлизированной перфорированной бумаги и медная перфорированная лента с зазором между витками. Газ подводится с помощью гибких стальных оцинкованных газопроницаемых трубок, уложенных в пространство между жилами. На напряжение 110 кВ и выше применяются кабели в однофазном исполнении с центральным каналом. Газонаполненные кабели используются при прокладке на крутонаклонных трассах и значительно дешевле маслонаполненных кабелей. Допустимые напряженности в изоляции кабелей низкого давления составляют 2,5 кВ/мм, а в изоляции кабелей среднего давления – 6,5 кВ/мм. 2.6.4. Кабели в стальных трубах под давлением масла или газа Маслонаполненные кабели высокого давления (ВД) до 15 атм типа МВДТ выполняются в стальном трубопроводе (рис. 2.32).  Рис. 2.32. Маслонаполненный кабель высокого давления в стальной трубе: 1 – фаза кабеля; 2 – масло; 3 – трубопровод; 4 – защитные покровы; 5 – проволоки скольжения Аналогично выглядит также конструкция газонаполненного кабеля высокого давления типа ГВДТ (Т – кабель в трубе). Для пропитки маслонаполненных кабелей высокого давления применяется более вязкое изоляционное масло, чем для кабелей низкого и среднего давления. Так как труба надежно защищает кабель от внешних механических воздействий, то внешняя оболочка выполняется облегченной – из медной ленты, поверх которой накладывают круглые проволоки или сплошную броню скольжения. Свинцовая оболочка накладывается только на период хранения и транспортировки кабеля. Перед монтажом она снимается. Такие кабели изготавливаются на высшие номинальные напряжения 110…500 кВ. Поверх жилы накладывается экран из лент металлизированной бумаги, а поверх изоляции – экран из медных перфорированных лент. Допустимые напряженности в изоляции кабелей составляют при этом 6…11 кВ/мм, а толщина изоляции – от 12 до 29 мм. В кабельных линиях под давлением газа при 12…15 атм допустимые напряженности составляют 10…12 кВ/мм. Недостатком таких кабелей являются худшие условия теплоотвода. 2.6.5. Кабельные линии в трубах со сжатым газом Подобные линии весьма просты в конструктивном исполнении (рис. 2.33). Кабель состоит из наружной оболочки (стальная или пластмассовая труба) и центрального трубопровода, который крепится и устанавливается соосно с наружной оболочкой с помощью центрирующего изолятора (фарфор, эпоксидный компаунд), и сочетает в себе черты воздушной и кабельной линии.  Рис. 2.33. Конструкция кабеля со сжатым газом: 1 – труба; 2 – токопровод; 3 – центрирующий изолятор (распорка) Основной изоляцией является газ под высоким давлением, который, как известно, обладает способностью быстро восстанавливать электрическую прочность после прекращения разрядов. Одной из основных проблем является создание распорки с высоким значением напряжения перекрытия. 2.6.6. Кабели с резиновой или пластмассовой изоляцией Силовые кабели с резиновой или пластмассовой изоляцией предназначены для передачи и распределения электрической энергии на трассах с неограниченной разностью уровней прокладки.  Рис. 2.34. Кабель с резиновой изоляцией: 1 – сердечник; 2 – токоведущая жила; 3 – изоляция фазы; 4 – экран; 5 – заполнение; 6 – оболочка из резины Кабели с резиновой изоляцией (рис. 2.34) на напряжение до 6…10 кВ широко используются в землеройных и горных работах, в геофизических поисках, нефтяном бурении и т. д. Поверх токоведущей жилы накладывается изоляция из резины, на которую накладываются экраны из полупроводящего материала и экранирующая оплетка из медных проволок. Изолированные жилы скручивают вокруг профилированного сердечника и заключают в свинцовую, поливинилхлоридную или полихлорпреновую (негорючую резиновую) оболочку с покровами или без них. Кабели с полиэтиленовой или полихлорвиниловой (6…10 кВ) изоляцией в трехфазном исполнении изготавливаются только в поливинилхлоридной оболочке. Каждая фаза поверх ТВЖ и изоляции покрывается полупроводящим экраном из полупроводящего полиэтилена или бумаги. Наибольшее распространение на напряжение 35...500 кВ получили кабели с полиэтиленовой изоляцией. Для выравнивания поля поверх изоляции накладываются экраны из полупроводящего полиэтилена или науглероженной бумаги и медной (алюминиевой) ленты. Экраны из полупроводящего полиэтилена накладываются и на ТВЖ. Для затруднения развития дендритов в полиэтилене между полупроводящим экраном и изоляцией наносится антиэмиссионный слой из материала с повышенной диэлектрической проницаемостью.   Рис. 2.35. Кабель с полиэтиленовой изоляцией: 1 – токоведущая жила; 2, 5 – экраны из полупроводящего полиэтилена; 3 – антиэмиссионный слой; 4 – изоляция (экструдированный полиэтилен); 6 – полупроводящая бумага; 7 – свинцовая оболочка Конструкция кабеля в однофазном исполнении (U = 110…500 кВ) с полиэтиленовой изоляцией представлена на рис. 2.35. Кабели с пластмассовой изоляцией используются для распределения электроэнергии от подстанций к потребителям, а также в качестве судовых кабелей, т. к. полиэтилен и полихлорвинил обладают высокой влагостойкостью. В настоящее время в России освоено производство силовых кабелей на напряжение 110…500 кВ в однофазном исполнении с алюминиевой или медной токоведущей жилой, вместе с кабельной арматурой, с изоляцией из «сшитого» полиэтилена, что позволяет повысить рабочие градиенты и передаваемые мощности. 2.7. Изоляция вращающихся машин высокого напряжения Вращающиеся машины используются при производстве электрической энергии (турбогенераторы, гидрогенераторы), при выработке реактивной мощности (синхронные компенсаторы), а также при преобразовании электрической энергии в различные виды механической энергии (электродвигатели). Генераторы являются наиболее ответственным оборудованием, к которому предъявляются очень высокие требования в отношении надежности и долговечности работы. В настоящее время в эксплуатации находятся турбогенераторы мощностью 500…800 МВт (3000 об/мин) с номинальным напряжением 21…24 кВ типа ТГ. Современные гидрогенераторы имеют мощность 500…640 МВт . Генератор (ТВВ-1200) имеет мощность 1200 МВт, номинальное напряжение 24 кВ, охлаждение сердечника и обмотки ротора – водородное, обмотки статора – водяное. Масса генератора составляет 610 т. Кроме того, изоляция электрических машин испытывает постоянные вибрации и большие ударные механические нагрузки при коротких замыканиях, воздействие высоких температур и продуктов разложения воздуха (озон, окислы азота и др.). Большие генерируемые (преобразуемые) мощности электрической энергии и, как следствие, большие токи в активных частях электрических машин приводят к значительным тепловым нагрузкам в изоляции. В генераторах малой и средней мощности применяется поверхностная система охлаждения воздушным потоком. В электрических машинах большой мощности (200 МВт и выше) используется внутреннее водяное, масляное или водородное охлаждение обмоток с использованием медных полых проводников. Изоляцию машин можно подразделить на корпусную (главную) и межвитковую (продольную). Современные турбогенераторы большой мощности, как правило, имеют обмотку с одновитковыми стержнями, и, следовательно, витковая изоляция в таких машинах в стержне отсутствует. На рис. 2.36 представлен разрез паза статорной обмотки турбогенератора средней мощности.   Рис. 2.36. Конструкция паза статорной обмотки турбогенератора с воздушным охлаждением: 1 – клин; 2 – изоляционные прокладки; 3 – корпусная изоляция; 4 – проводник; 5 – витковая изоляция; 6 – межслоевая изоляция; 7 – изоляция стержня Главной (высоковольтной) изоляцией является изоляция стержня относительно корпуса 2, 3 и между стержнями 7. Современные машины имеют непрерывную микалентную компаундированную изоляцию, покрытую асбестовой лентой. Микалента состоит из двух слоев специальной бумажной подложки, между которыми располагаются пластинки слюды. Слюда в микаленте удерживается масляно-битумным лаком (компаундом). Стержни состоят из медных проводников, разделенных низковольтной изоляцией 6 из асбеста или стекловолокна. Высоковольтная изоляция вращающихся машин разделяется на термопластичную и термореактивную (современные конструкции мощных машин). Термопластичная изоляция, применяемая как в старых, так и в современных конструкциях, в соответствии с циклами нагрева и охлаждения размягчается и вновь затвердевает, что может приводить к возникновению в толще изоляции газообразных включений, снижающих ее электрическую прочность. Термореактивная смола при циклах нагрева не размягчается, т. к. она находится в неплавком и нерастворимом состоянии. Это свойство позволяет использовать такую изоляцию при более высоких температурах с сохранением первоначальной электрической прочности и высокой надежности. В настоящее время широкое внедрение получила микалентная изоляция на основе подложки из двух лент стекловолокна с заключенной между ними слюдой и пропитанной эпоксидным компаундом или полиэфирным лаком. По конструктивному исполнению изоляция стержней разделяется на гильзовую (старые конструкции) и непрерывную (современные конструкции). Суть гильзовой изоляции заключается в том, что пазовая часть (более напряженная) выполняется в виде гильзы из микафолия (миканит с подложкой из бумаги, шелковой или стеклянной ткани), а лобовая часть (менее напряженная) – на основе микаленты. При таком способе изолирования неизбежным является наличие стыка (слабого места) за пределами выхода стержня из паза. Нарушение непрерывности изоляции приводит к существенному снижению электрической прочности в этом месте. Поэтому гильзовая изоляция применяется в машинах малой мощности и напряжения. Непрерывная изоляция, выполняемая из одного и того же материала на всей длине стержня, имеет практически одинаковую электрическую прочность в пазовой и лобовой частях. После нанесения нескольких слоев микаленты стержни помещаются в специальные компаундировочные котлы, где изоляция сушится, вакуумируется и пропитывается под давлением расплавленным компаундом – компаундирование изоляции. Непрерывная компаундированная микалентная изоляция является термопластичной. Современные мощные турбогенераторы имеют пазы и стержни прямоугольной формы. Поэтому для выравнивания поля на кромки стержня накладывается полупроводящая лакоткань или бумага для увеличения радиуса закругления. Затем, поверх изоляции стержня наносится полупроводящее покрытие, которое электрически соединяется с железом статора во избежание разрядов между стержнем и стенкой паза. Для устранения краевого эффекта (короны) в месте выхода стержня из паза используется нанесение полупроводящих покрытий по поверхности изоляции, что позволяет предотвратить ее преждевременное разрушение. Иногда применяется и емкостное выравнивание с помощью проводящих или полупроводящих обкладок (экранов), встраиваемых в толщу изоляции. Наиболее распространенным методом противокоронной защиты является двухступенчатое нанесение полупроводящего слоя на изоляцию в месте выхода из паза. В пазовой части на расстоянии 50…100 мм от кромки паза наносится полупроводящий лак с S = 103…105 Ом, а затем изоляция пропитывается лаком с S = 107…109 Ом на длине 200…300 мм. Полупроводящее покрытие покрывается слоем изоляционного материала толщиной 0,4…0,5 мм, что улучшает его надежность. Лобовые части обмотки оформляются с таким расчетом, чтобы в них отсутствовала корона при номинальном напряжении. При внутреннем водяном охлаждении обмоток вода подводится через головки лобовых частей с помощью специальных изоляционных шлангов из фторопласта или тепломаслостойкой резины, соединяющих наконечники головок обмотки, находящейся под высоким потенциалом, с заземленным водосборным коллектором. Междувитковая изоляция машин малой и средней мощности (до 30 МВт) имеет стержни с несколькими витками, напряжение между которыми не превышает нескольких сотен вольт. Изоляция между витками рассчитывается таким образом, чтобы она могла выдерживать сравнительно невысокие испытательные напряжения (Uисп = 1000…2250 В). Особенностью витковой изоляции вращающихся машин является отсутствие расчета на воздействие импульсных волн атмосферных перенапряжений, т. к. генераторы подсоединяются к воздушным ЛЭП через кабели или трансформаторы. При непосредственном подсоединении генераторов на воздушные сети 3…10 кВ (такая работа иногда допускается) необходимо учитывать градиентные перенапряжения при воздействии импульсных волн на витковую изоляцию. В нашей стране решаются вопросы по разработке и созданию генераторов высокого напряжения на 35…100 кВ и даже 220 кВ, что позволит питать распределительные электрические сети непосредственно от генераторов и отказаться от применения повышающих трансформаторов, обеспечив народному хозяйству большой экономический эффект. Разработана конструкция гидрогенератора на 110 кВ с корпусной бумажно-масляной изоляцией. Статор с обмоткой отделен от вращающегося ротора изоляционной перегородкой. Пространство статора заполнено маслом, служащим в качестве изоляционной и охлаждающей среды. Изоляция обмоток – бумажно-масляная. Генераторы на 35…220 кВ могут непосредственно подключаться к ЛЭП, поэтому изоляция таких машин должна быть рассчитана на воздействие атмосферных перенапряжений. Контрольные вопросы к главе 2 Перечислите условия работы и требования, предъявляемые к изоляции высоковольтного электрооборудования. Назначение и конструктивные особенности изоляции воздушных ЛЭП. Исполнение опорных изоляторов для внутренней и наружной установок. Особенности назначения и конструктивного исполнения проходных изоляторов. Высоковольтные вводы: назначение, тип изоляции, конструктивное исполнение. Современные типы высоковольтных вводов. Характеристики основных материалов, применяемых в силовых конденсаторах. Конструктивные особенности изоляции трансформаторов напряжения. Силовые трансформаторы: назначение, конструктивное исполнение изоляции. Силовые кабели: назначение и конструктивное (принципиальное) исполнение. Особенности конструктивного исполнения силовых кабелей с вязкой пропиткой. Маслонаполненные и газонаполненные кабели. Кабельные линии в трубах со сжатым газом. |