Системы изоляции трансформаторов

July 26, 2013 by admin Комментировать »

Изоляция, используемая между витками и между обмотками в трансформаторах, выбирается так, чтобы соответствовать условиям эксплуатации трансформатора. Срок службы изоляции связан с ее рабочей температурой, и с целью стандартизации были установлены несколько классов изоляции (Табл. 7.2). Для изоляционных систем обычно рассматриваются два значения температур. Это среднее увеличение температуры, которое развивается в трансформаторе с учетом увеличения сопротивления проводников, и увеличение температуры горячих пятен, которые образуются из-за неравномерности отвода тепла из обмоток. Данные, приведенные в Табл. 7.2, основаны на определениях, введенных стандартом ANSI С57у\ и соответствуют максимальной температуре окружающего воздуха 40°С и средней температуре 30°С за период в 24 часа.

Таблица 7.2. Классы изоляции

Классы изоляции [°С]

Система охлаждении

Среднее увеличение температуры [”С]

Увеличение температуры в горячих пятнах [°С]

105 (класс А)

Масляная или сухая

55

W

150 (класс В)

Сухая

80

30

185 (класс F)

Сухая

115

30

220(класс H)

Сухая

150

30

Класс изоляции 105° является почти универсальным для трансформаторовдо 1 кВА и для маслонаполненных трансформаторов. Изоляционныематериалы включают крафт-бумагу, хлопчатобумажную ленту, эмалевую или поливинилформальдегидную изоляцию проводов, дерево, картон для маслонаполненных трансформаторов и прочие низкотемпературные органические диэлектрики. Маленькие маслонаполненные трансформаторы иногда применяются в высоковольтных системах, где используются изолирующие свойства масла. Трансформаторы с более высокими классами изоляции обычно меньше в размерах и дешевле, но имеют большие потери в меди. Однако меньшие размеры высокотемпературных трансформаторов обеспечивают меньшие потери в сердечниках. В общем в последние годы наблюдается тенденция к использованию более высокотемпературных изоляционных материалов, обусловленная тем, что эти изоляционные материалы становятся все дешевле, а размеры трансформаторов становятся все важнее.

В трансформаторах класса 150°С для межслойной изоляции может использоваться майларовая (Maylar®) пленка или эпоксидные композиции, а изоляция проводов выполняется полиуретано-нейлоновой (polyurethane-with-Nylon®). В системах класса 185°С могут быть использованы для изоляции проводов номекс (Nomex®), полиэстер с эпоксидной смолой (Polythermaleze®), изонель (Isonel®) и изомид (Isomid®), а в качестве конструкционных материалов применяются стеклопластик и кремнийорганические материалы. Это обеспечивает хороший компромисс между эффективностью и ценой. Класс 220°С является самым высокотемпературным из широко используемых. Для межслойной изоляции используется номекс (Nomex®), а для изоляции проводов — полиимид. В качестве конструкционных материалов — стеклопластик и кремнийорганические материалы. В еще более высокотемпературных применениях для межслойной изоляции используется слюда, а изоляция проводов осуществляется керамикой, без применения каких-либо органических материалов.

Перегрузки трансформаторов могут привести к серьезным повреждениям их изоляционных систем. Например, если какая-либо органическая изоляция толщиной 0.01 дюйма (0.254 мм) при 230°С имеет срок службы 105 часов, то при 320°С ее долговечность сокращается до 400 часов. Срок службы определяется снижением электрической прочности изоляции до 300 В/мил (11.8кВ/мм).

Маленькие однофазные трансформаторы часто делают с раздельными первичной и вторичной обмотками (Рис. 7.7). В этой конструкции обеспечивается прекрасная электрическая прочность изоляции между обмотками, что требуется для получения отметки сертификации по безопасности (UL). Требования по безопасности включают исключение возгорания при коротком замыкании вторичной обмотки и отсутствие бросков напряжения во вторичной обмотке или опасности возгорания при отказе в первичной обмотке. Хотя большинство этих трансформаторов относятся к классу 105°С, в них часто применяется изоляция, относящаяся к классу 220°С, так что изоляционные свойства сохраняютсядаже при горении первичной или вторичной обмоток. Множество трансформаторов, предназначенных для установки на печатные платы, сделаны таким образом.

Рис. 7.7. Трапсформаторысразделъньши первичной и вторичной обмоткамивразрезе

Как упоминалось ранее, изоляция трансформаторов выполняется так, чтобы в ней не было пузырей или воздушных карманов. Дело в том, что диэлектрическая постоянная воздуха намного меньше, чем у болыпинства изоляционных материалов, так что в воздушных пузырях оказывается намного больший градиент электрического поля, чем в окружающей изоляции. Этот градиент может оказаться достаточен для ионизации воздуха и возбуждения коронного разряда. При коронном разряде образуется озон, который, будучи мощным окислителем, разрушает прилежащие участки изоляции, что приводит в конце концов к аварии. То же самое может произойти в изоляции и само по себе при работе со слишком большими напряжениями. Два трансформатора сухого типа, на 6900 В, 3000 кВА, установленные на одном металлургическом заводе несколько лет назад, отказали всего лишь через месяц эксплуатации. Разработчик использовал слишком тонкую межслойную изоляцию, которую разрушил коронный разряд. Так как это произошло в период действия гарантии, трансформаторы были направлены поставщику для ремонта за его счет.

7.1. Основной уровень импульсной прочности изоляции

Переменное рабочее напряжение в обмотках трансформатора распределяется равномерно по всем виткам обмотки, и напряжение между соседними витками постоянно. А вот броски напряжения из-за емкостных эффектов могут создать намного большее напряжение между витками на конце обмотки. На Рис. 7.8 показано простейшее пятисекционное приближение к распределению напряжений между витками при броске. Емкости витоквиток и виток-земля приняты равными, а индуктивности — достаточно большими, чтобы ими можно было пренебречь. Отметим, что около 62% первоначальной амплитуды броска напряжения приходится на первые витки. Для улучшения распределения напряжений по виткам обмотки в трансформаторах на средние напряжения иногда увеличивают расстояния между витками и усиливают изоляцию между ними на высоковольтном конце обмотки. Применяют и экраны для выравнивания этих напряжений.

Рис. 7.8. Распределение броска напряжения па обмотке трансформатора

Способность трансформатора противостоять броскам напряжения описывается понятием основной уровень импульсной прочности изоляции (BIL), т. e. амплитудой стандартного импульса напряжения с временем нарастания до пикового значения в 1.2 мкс и временем спада на 50% 50 мкс. Испытания основного уровня импульсной прочности изоляции и испытания синусоидальным напряжением стандартизованы для различных классов и типов трансформаторов. В частности, для маслонаполненных трансформаторов эти требования приведены в IEEE C57.12.00, а для трансформаторов сухого типа — в IEEE C57.12.51.

Источник: Сукер К. Силовая электроника. Руководство разработчика. — М.: Издательский дом «Додэка-ХХI, 2008. — 252 c.: ил. (Серия «Силовая электроника»).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты