Раздел: Документация
0 ... 14 15 16 17 18 19 20 ... 35 При малом числе витков естественно применение однослойных цилиндрических или конических обмоток, простых конструктивно и обеспечивающих высокую электрическую прочность ИТ. Предпочтительны конические обмотки, позволяющие при прочих равных условиях уменьшить примерно в два раза индуктивность рассеяния. В остальном конструкции высоковольтных ИТ характеризуются минимальной толщиной изоляции и максимальным возможным, вплоть до 2BS, приращением индукции. Определим пути создания рациональной конструкции мощного высоковольтного ИТ. С этой целью рассмотрим цилиндрическую и коническую однослойные обмотки (рис. 4.16 и 4.17), расположенные в окне
Рис. 4.16. Однослойная цилиндрическая обмотка в окне магнитной системы л у,( {///////////////////////////у//////. Ik и, у см ж Рис. 4.17. Однослойная коническая обмотка в окне магнитной системы МС. Начало обмоток, как зто обычно для ИТ, соединяется с точкой нулевого потенциала. Поэтому размер изоляционных промежутков Л х определяется только конструктивными соображениями и может быть сделан небольшим. Конец вторичной обмотки находится под напряжением f/2 > Ui, при этом Un = U2 +" Ui * U2, а само напряжение U2 весьма велико. При больших напряжениях размеры Л2 и Д2 значительно больше диаметра (или толщины) провода вторичной обмотки йг (типично соотношение A2/d2 — 10 ... 20). В связи с этим поверхностная плотность заряда на периферийной части последнего витка вторичной обмотки достигает больших значений, напряжение ность электрического поля резко возрастает и может во много раз превосходить среднюю напряженность поля в изоляционных промежутках Ди, Д2) й2. На конце обмотки высокого напряжения возникает так называемый краевой эффект. Если напряженность поля на поверхности последнего витка превышает допустимую, то у конца обмотки начинается коронирование, переходящее затем в тепловой пробой изоляции. В простейшем случае увеличивают толщину изоляции Д2 иА2, чтобы уменьшить напряженность поля у конца обмотки и предотвратить пробой. Однако этот способ повышения электрической прочности крайне невыгоден, так как увеличивается индуктивность рассеяния и усиливаются искажения фронта импульса. Вследствие указанных причин необходимо ослаблять или устранять краевой эффект обмотки. Значительно ослабить краевой эффект можно различными способами, например установкой охранного кольца, как делается в различных высоковольтных аппаратах. Однако это требует увеличения размеров окна МС, что приводит к увеличению ее объема. При большом объеме МС, характерном для мощных ИТ, такой способ ослабления краевого эффекта нежелателен. Много целесообразнее другой способ ослабления краевого эффекта - секционирование обмотки высокого напряжения (рис. 4.18). •fti У//\(/////////////,///Л//////////,////,/,,),/,& h/2 h/2 U,  Рис. 4.18. Однослойная секционированная коническая обмотка с вводом посредине, расположенная в окне магнитной системы Коническая обмотка состоит из двух одинаковых секций 1 и 2, соединенных параллельно. Благодаря идентичности секций и параллельному их соединению напряжение по длине секции 1 плавно увеличивается от 0 до Uг и плавно уменьшается по длине секции 2 от U2 до 0- Вследствие этого ни в каких точках между обмотками не возникает резких изменений напряжения, напряженность электрического поля в междуобмоточном пространстве постоянна по длине обмотки, а значит, краевой эффект практически исключается. Это позволяет выбирать толщину изоляции минимальной, определяемой допустимой напряженностью электрического поля в данном изоляционном материале, т.е. наиболее полно использовать .изоляционные свойства материала, сводить индуктивность рассеяния до минимума и получать максимальную мощность ИТ. Такой способ ослабления краевого эффекта в равной мере пригоден и для цилиндрических обмоток. Отметим еще одно весьма полезное свойство секционированных обмоток. Вследствие того что начало обеих секций имеет нулевой потенциал, размер большого изоляционного промежутка h 2 теперь уменьшается до малого h t (рис. 4.18). Это позволяет уменьшить длину МС или увеличить длину намотки, т. е. уменьшить объем МС или индуктивность рассеяния и тем самым увеличить мощность. Такая высоковольтная обмотка носит специальное название "обмотки с вводом посредине", что отражает особенность ее конструкции. С увеличением длительности импульса приходится увеличивать число витков в обмотках. Вследствие этого иногда возникают трудности с размещением секций вторичной обмотки в окне МС. В таких случаях целесообразно каждую секцию вторичной обмотки дополнительно секционировать, как показано на рис. 4.19. Все подсекции обеих секций вторичной обмотки при этом соединяются последовательно. В результате такого дополнительного секционирования напряжение вдоль вторичной обмотки растет уже не строго линейно, а скачкообразно. Однако при достаточно большом числе подсекций скачки не слишком велики и не изменяют существенно общей картины электрического поля в пространстве между обмотками. Индуктивность рассеяния обмотки рассчитывается по формуле <1г +А2 Зд, Емкость обмоток может рассчитываться по формулам для однослойных обмоток. V/AS/////////////y//////////////X///i h/2 h/2  Рис. 4.19. /777777777777777777777777777777777777777777Я Многослойная секционированная цилиндрическая обмотка с вводом посредине, расположенная в окне магнитной системы Известны случаи применения в высоковольтных ИТ многослойных обмоток [21]. Соединение слоев в этих обмотках можно выполнить по схемам иа рис. 4.3. Расположение многослойной обмотки в окне МС показано иа рис. 4.20. Однако вследствие сложности транспозиционного соединения отдельных слоев при больших напряжениях более экономичная схема (рис. 4.3, а) обычно не применяется. В отличие от нее схема на рис. 4.3, б конструктивно проста и техноло- гична, поскольку допускает непрерывную последовательную намотку слоев, но в ней между соседними слоями действует суммарное напряжение этих слоев. По. этой причине приходится пропорционально увеличивать размеры межслоевых изоляционных промежутков, что приводит к увеличению габарита намотки и индуктивности рассеяния. Обоим вариантам схем многослойных обмоток (см. рнс. 4.3) присущи и другие недостатки. С увеличением длины витков от слоя к слою увеличивается меж- //JY///////////////////////////////////A, Рис. 4.20. Многослойная цилиндрическая обмотка в окне магнитной системы .---JL- ocoaL- м Д сох— ————— —-jt ———ZDCO U, 4} I слоевая динамическая емкость, что приводит к неравномерному распределению напряжения между слоями; в местах перехода витков от слоя к слою возникают местные краевые эффекты; по мере роста напряжения на слоях увеличивается напряженность поля между крайними витками и ярмом МС. По этим причинам приходится дополнительно увеличивать толщину межслоевой изоляции и отслоя к слою уменьшать длину намотки. Последнее отражено на рнс. 4.20. В целом это приводит к примерно трехкратному увеличению габарита намоткн, неэффективному использованию стали МС, увеличению индуктивности рассеяния, снижению электрической прочности ИТ. Кроме того, по причине неизбежного применения твердой слоистой изоляции с относительно большой диэлектрической проницаемостью многослойные обмотки имеют большую емкость. Вследствие этих недостатков применение многослойных обмоток в высоковольтных ИТ нежела-Как следует из формулы (3.15), удлинение фронта импульса примерно пропорционально постоянной времени обмотки ИТ. Последняя в связи с этим может служить критерием качества обмоткн. Сравнение качества основных типов обмоток по этому критерию проведено в работах [7, 22]. В результате сравнения сделан вывод о томн что постоянные времени обмоток разного типа мало различаются между собой и в области больших коэффициентов трансформации практически от него не зависят. В целом же лучшими в отношении постоянной времени являются конические обмоткн - с постоянной времени примерно на 30% меньшей, чем у цилиндрических, а также спиральные обмотки при автотрансформаторном включении. Поэтому для мощных высоковольтных ИТ лучшим типом обмоток следует считать конические с вводом посредине. 4.9, ВЫБОР ИЗОЛЯЦИИ И ПРОВОДОВ Обмотки ИТ должны удовлетворять следующим основным требованиям: быть достаточно электрически прочными, т.е. изоляция обмоток должна выдерживать без повреждений длительное воздействие номинальных рабочих напряжений и кратковременное воздействие повышенных напряжений в возможных аварийных состояниях; иметь минимальную индуктивность рассеяния, динамическую емкость и сопротивление; быть достаточно прочными механически, т. е. обладать виброустойчивостью и выдерживать воздействие значительных электродинамических сил, возникающих как в нормальном режиме работы, так и, особенно, при коротких замыканиях цепи нагрузки. Требования высокой электрической прочности и минимальной индуктивности рассеяния взаимно противоречивы, так как для увеличения электрической прочности необходимо увеличивать толщину изоляции, в то время как для уменьшения индуктивности рассеяния требуется уменьшать толщину. Уменьшение емкости обмоток, в свою очередь, по тем же причинам находится в противоречии с требованием минимальной индуктивности рассеяния. Однако в большинстве случаев уменьшение индуктивности рассеяния является более важной задачей, чем уменьшение емкости. По этим причинам размеры изоляционных промежутков обычно доводят до возможного минимума, определяемого необходимой электрической прочностью обмоток. Уменьшить емкость стремятся применением изоляционных материалов с возможно меньшей диэлектрической проницаемостью, а также за счет конструктивных факторов. В связи с изложенным главные требования к изоляционным материалам состоят в малой диэлектрической проницаемости и пригодности для режимов с высокой напряженностью электрического поля. Для выполнения требования минимального сопротивления обмоток в ИТ применяются медные провода; с целью ослабления поверхностного эффекта и эффекта близости провода выбирают по возможности малого диаметра, а уменьшение площади сечения компенсируют введением параллельных проводников. При больших токах и длительности импульсов применяют провода более экономичного прямоугольного сечения или тонкие и широкие медные шины из фольги, иногда из нескольких слоев, проложенных изоляцией. Практика конструирования ИТ показала, что лучшими изоляционными материалами, наиболее полно удовлетворяющими перечисленным требованиям, являются трансформаторное масло, кабельная и трансформаторная бумага, пропитанная трансформаторным маслом, электрокартон, пленки из фторопласта, чередующиеся со слоями бумаги, органическое стекло. В качестве несущих элементов конструкции — бумажно-бакелитовые трубки и цилиндры, сборные каркасы из орга-106 нического стекла. Физические характеристики изоляционных материалов приведены в табл. 4.3. Таблица 4.3. Усредненные характеристики изоляционных материалов
Следует иметь в виду, что данные таблицы являются усредненными, и поэтому в" каждом конкретном случае они должны уточняться по соответствующим нормативным документам или справочной литературе [23]. При выборе толщины изоляции, если конструкция обмоток обеспечивает однородность электрического поля, напряженность электрического поля должна приниматься в 2,5 ... 3 раза меньше указанной в таблице. При расчете длины намотки необходимо учитывать, что вдоль слоев изоляции максимальная допустимая продольная напряженность электрического поля примерно на порядок меньше поперечной. В конечном итоге можно считать, что для изоляции чисто масляной, бумажно-маеляной и маслобарьерной допустимы поперечная напряженность электрического поля примерно 10, а для продольной напряженности - 1 МВ/,м. Фторопластовые пленки следует применять лишь в таких ИТ, у которых температура обмоток может превышать 95 °С. Недостаток пленок в том, что по ним в продольном направлении легко развивается поверхностный разряд. 0 ... 14 15 16 17 18 19 20 ... 35
|
