Раздел: Документация
0 ... 15 16 17 18 19 20 21 ... 35 Органическое стекло широко применяется в ИТ вследствие высоких изоляционных свойств и возможности механической обработки: изготовления точеных, фрезерованных деталей — изоляторов, опор и др. В мощных ИТ со стержневой или броневой МС каркасы обмоток изготовляются из бумажно-бакелитовых трубок. Эти трубки выпускаются предприятиями электротехнической промышленности с внутренним диаметром от 32 до 1200 мм и толщиной стенок от 3 до 25 мм. В указанных интервалах внутренний диаметр в ряду типоразмеров изменяется с шагом 5 мм, а толщина, стенок — с шагом 1 мм. Толщина изоляции рассчитывается по формуле д = U/EA,(4.36) а длина обмоток и длина изоляционных кромок (закраин) — по формуле Л = U/Eh .(4.37) Здесь ЕА и Еп — поперечная и продольная напряженность электрического поля. При конструировании изоляции необходимо иметь в виду, что высокие изоляционные свойства слоистых диэлектриков на практике в полной мере использовать не удается. Слоистую изоляцию невозможно сделать однородной, в ней неизбежны воздушные мешки. Вследствие разницы между диэлектрической проницаемостью воздуха, трансформаторного масла и бумаги (слоистого диэлектрика), а также из-за случайных дефектов изоляции в виде инородных включений напряженность электрического поля на участках с меньшей диэлектрической проницаемостью увеличивается. Если она достигает чрезмерно больших значений, тр в этих местах возникает коронирование, переходящее в тепловой пробой изоляции. С увеличением толщины слоистой изоляции повышается вероятность появления неоднородностей. По этой причине бумажно-масляную изоляцию применяют при относительно небольшой, до 15 мм, толщине изоляции. В целом, как показывает опыт, бумажно-масляная изоляция целесообразна при напряжениях до 100 кВ. Попытки использовать ее в ИТ на напряжения около 300 кВ, когда толщина изоляции достигает 40 мм, не дают ожидаемых результатов. При этом, что весьма важно, увеличение толщины изоляции в 1,5 ... 2 раза сверх расчетной почти не увеличивает реальной электрической прочности изоляции. Вследствие указанных причин при напряжениях более 100 кВ целесообразна изоляция в виде чистого трансформаторного масла [24]. В отличие от слоистой чисто масляная изоляция в высокой степени однородна цо свойствам. Это позволяет в конструкциях с ослабленным краевым эффектом практически полностью использовать высокие электроизоляционные свойства трансформаторного масла. Кроме этих масляная изоляция имеет еще и другие важные достоинства. Трансфор- маторное масло обладает хорошей текучестью и может свободно кон-вектировать в пространстве между обмотками и МС. Следствием этого, а также высокой теплоемкости масла является хороший отвод теплоты от обмоток и МС. Диэлектрическая проницаемость трансформаторного масла примерно в два раза меньше, чем у изоляционной бумаги и электрокартона. Это позволяет во столько же раз уменьшить емкость обмоток ИТ. Важным эксплуатационным достоинством масляной изоляции является также ее восстанавливаемость после кратковременных аварийных состояний (единичный пробой или искрение). Легко осуществима также и замена масла при регламентных работах. Таким образом, при большой мощности и напряжении масляная изоляция является наиболее целесообразным типом изоляции в ИТ. Однако ее применение возможно только в специально разработанных конструкциях, в которых обеспечена свободная циркуляция масла и отсутствуют пути для распространения поверхностного разряда. В такого рода конструкциях вместо трансформаторного масла может применяться также и элегаз [25]. При повышенном давлении изоляционные свойства элегаза несколько выше, чем у трансформаторного масла, причем диэлектрическая проницаемость элегаза близка к единице, что позволяет снизить до минимума емкость обмоток. Однако применение злегаза вынуждает помещать ИТ в герметичные баки, способные выдерживать высокое давление. Это приводит к увеличению массы и габаритов ИТ, а также к ужесточению требований безопасности. Вследствие малой теплоемкости элегаза существенно усложняется теплоотвод в активных частях ИТ. По этим причинам широкого применения в ИТ элегазовая изоляция не получила. При конструировании изоляции высоковольтных ИТ рекомендуется ориентироваться также на данные авторов работ [26, 27]. Как отмечалось, обмотки ИТ отличаются относительно небольшим числом витков. Однако напряжения на обмотках обычно измеряются десятками и сотнями киловольт, вследствие чего напряжение, приходящееся на один виток обмотки (витковое напряжение), может составлять единицы, а в мощных ИТ - даже десятки киловольт. Поэтому при конструировании обмоток ИТ приходится уделять особое внимание межвитковой изоляции обмоток. Для обеспечения требуемой электрической прочности межвитковой изоляции в обмотках ИТ используют провода с усиленной изоляцией, в основном марок ПЭВ-2, ПБ, ПБУ. Провода круглого сечения ПЭВ-2 обычно применяют в ИТ малой и средней мощности, а также во вторичных обмотках мощных высоковольтных ИТ. Провода прямоугольного сечения ПБ, ПБУ, способные выдерживать междуобмоточное напряжение 10 кВ, применяют в первичных обмотках ИТ средней мощности и обеих обмотках весьма мощных ИТ. При витковом напряжении менее 500 В целесообразно применение прямоугольных проводов марки ПЭТВ по ГОСТ 17708-83, которые выпускаются с размерами от 0,8 X 12,7 до 3,55 X 12,7 мм. Размеры проводов марок ПЭВ-2 и ПБ приведены в табл. 4.4 и 4.5. Таблица 4.4. Диаметр, мм, обмоточного провода марки ПЭВ-2 ГОСТ 7262-78
* То же для остальных данных таблицы. При весьма большом витковом напряжении приходится прибегать к дополнительному усилению межвитковой изоляции путем намотки с принудительным шагом или обертывания проводов кабельной бумагой. При импульсах малой длительности с целью ослабления поверхностного эффекта практикуется намотка несколькими проводами малого диаметра или тонкими и широкими шинами из медной фольги. В целом, рассматривая обмотки мощных высоковольтных ИТ, необходимо отметить следующее. Принципиальная необходимость малоискаженной трансформации весьма коротких импульсов вынуждает конструировать ИТ с очень малой индуктивностью рассеяния и емкостью обмоток, а следовательно, с минимальными размерами обмоток, в частности с минимальными размерами изоляционных промежутков. Поэтому конструкции высоковольтных ИТ характеризуются весьма напряженным режимом работы изоляции и одна из важнейших задач практического конструирования ИТ — выбор таких обмоток, в которых изоляционные материалы используются максимально эффективно. В этом отношения
© § о X Ж а. С лучшим типом обмоток являются обмотки с вводом посредине, отчего им и было уделено особое внимание. Весьма важно рациональное конструирование выводов обмоток, с тем чтобы они также имели минимальную индуктивность. Особенно это касается выводов обмоток низшего напряжения, так как их индуктивность обычно оказывает наибольшее влияние на удлинение фронта импульса. Выводы обмоток всегда следует выполнять с минимальной площадью контура тока. Если по конструктивным причинам это не удается сделать, выводы нужно выполнять в виде двухпроводных, обычно полосковых, линий и тогда важное значение имеет компоновка выемной части ИТ. В этом отношении исключительно удобны особые, одновитковые, ИТ, сама конструкция обеспечивает практически полное отсутствие индуктивности выводов. ГЛАВА ПЯТАЯ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 5.1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ Проектирование ИТ состоит в решении комплекса взаимосвязанных частных технических задач. К ним относятся: задача о принципиальной возможности реализации ИТ, удовлетворяющего требованиям в отношении искажений формы трансформированного импульса; выбор конструктивной схемы активной части и общей компоновки ИТ, схемы и конструкции обмоток, изоляционных, магнитных материалов и типа МС; устройство ввода низшего и вывода высшего напряжения; организация режима работы и режима охлаждения МС, расчет конструктивных параметров МС, обмоток, изоляции, электромагнитных и тепловых режимов МС и обмоток; поверочный расчет по завершении отдельных этапов проектирования; оперативное внесение коррективов в ходе проектирования; выбор нормализованных и типовых элементов и повторение поверочных расчетов; оценка технико-экономических и функциональных показателей спроектированного ИТ. Решаемые в процессе проектирования задачи отличаются противоречивостью. Так, например, любые изменения конструкции ИТ, направленные на уменьшение искажений фронта трансформированного импульса или увеличение его напряжения, приводят к снижению всех, без исключения, технико-экономических показателей ИТ. При этом, в частности, увеличивается объем магнитных, проводниковых и изоляционных материалов, растут потери мощности в МС и обмотках, ухудшаются условия теплоотвода. В свою очередь, любые изменения конструкции МС и обмоток, имеющие целью улучшить теплоотвод, дополнительно снижают технико-экономические показатели," усложняют конструкцию и снижают технологичность ИТ. Противоречива также и сама задача уменьшения искажений формы трансформированного импульса. Например, уменьшение искажений вершины, как это следует из критерия осуществимости ИТ, приводит к увеличению искажений фронта и наоборот. Увеличение напряжения трансформированного импульса всегда увеличивает искажения вершины и фронта импульса. В целом можно констатировать, что всякие изменения конструкции с целью повышения функциональных показателей приводят к снижению технико-экономических и, наоборот, повышение технико-экономических показателей снижает функциональные. Таким образом, задача проектирования ИТ выглядит весьма сложной и неоднозначной. По этой причине вне зависимости от выбранной методики и способа расчета проектирование всегда состоит из ряда последовательных расчетных приближений, после выполнения каждого из которых проводится оценка и сопоставление полученных результатов и вносятся необходимые поправки. В связи со сложным и противоречивым характером задач, решаемьгх в процессе проектирования ИТ, особенно важно выбрать некоторую стратегическую линию проектирования. Для этого необходим простой, но достаточно общий критерий качества ИТ, которым бы учитывались главные технико-экономические показатели ИТ. Этот вопрос подробно исследовался, в результате чего был выработан критерий качества в виде минимума объема активной части ИТ, т. е. минимума объема стали МС и меди обмоток [28]. Обоснованием выбора такого критерия послужило то, что объему активной части пропорциональны потери мощности, стоимость, массогабаритные и другие характеристики ИТ. Если иметь в виду в основном мощные ИТ, критерий в виде минимума объема активной части тем более целесообразен. Особенности ИТ позволяют упростить этот критерий. Вследствие того что число витков в обмотках ИТ, особенно мощных, относительно невелико, объем меди обмоток значительно, обычно в 10 ... 100 раз, меньше объема МС. Поэтому объем активной части ИТ фактически определяется* объемом его МС и критерием качества ИТ может служить объем МС. Таким образом, стратегия проектирования ИТ может состоять в выборе конструкции с минимальным объемом МС. Как будет показано далее, в такой конструкции ИТ обеспечивается также и минимальный объем проводниковых и изоляционных материалов, минимальные потери энергии и искажения вершины импульса. Единственным неблагоприятным следствием такого подхода к проектированию ИТ является возрастающая с уменьшением объема МС тепловая нагрузка ее поверхности. Однако конкретные характеристики теплового режима становятся известными только по завершении всех конструктивных расчетов, и поэтому заранее вводить тут какие-либо ограничения нецелесообразно, тем более что для нормализации теплового режима могут быть приняты различные дополнительные меры, мало влияющие на основные конструктивные параметры ИТ. Целесообразность критерия качества ИТ в виде минимума объема МС связана также и с методическими соображениями, состоящими 0 ... 15 16 17 18 19 20 21 ... 35
|
