Размещено на http://www.allbest.ru/

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.

1) 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

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
U, кВ	150	100	110	110	220	80	35	220	150	125
UВ, кВ	10	10	10	6	10	6	6	10	6	10
С2, пФ	100	75	100	75	150	100	100	100	150	125
СВ, пФ	25	20	20	10	25	10	10	15	10	15

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:

1) переменного тока;

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

Таблица 2 - Варианты заданий

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
h, см	110	130	120	150	120	160	170	140	180	190
t, град	24	25	22	28	26	19	20	30	25	29
Р, мм. рт. ст.	760	770	765	780	775	785	780	760	750	760

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:

1 - 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 д - 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

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
d, см	10	8	10	12	14	16	14	10	18	20
h, см	0,5	0,4	0,5	0,5	0,7	0,8	0,9	0,8	0,9	1
d1, см	0,8	1	1	1,2	1,2	1,4	1	1,6	1,6	0,8
Епер, кВ/см	5,2	5	5,5	5,4	5,6	5,5	5,4	5,1	5,5	5,2
Епр, кВ/мм	25	26	26	28	25	28	25	30	29	25

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.

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

Размещено на Allbest.ru