Внутренняя изоляция вводов
Наиболее распространенным видом диэлектрика во вводах высокого напряжения является трансформаторное масло, которое применяется в маслобарьерных и конденсаторных вводах в качестве основной изоляции, а во вводах с твердой изоляцией — в качестве заполнителя.
Вводы с маслобарьерной изоляцией выпускались до 1956 г. на номинальное напряжение 110, 150, 220 и 400 кВ. Эти вводы имели значительную массу и габариты, однако просты в изготовлении, наименее трудоемки и не требуют применения высококачественных материалов. По электрическим и тепловым характеристикам вводы с маслобарьерной изоляцией весьма надежны.
В связи с необходимостью разработки силовых трансформаторов на напряжение 400 и 500 кВ в 60-х годах прошлого века была предложена конструкция бесфланцевого (малогабаритного) ввода с маслобарьерной изоляцией, а в дальнейшем — ввода, имеющего конденсаторную бумажно-масляную изоляцию.
Затем было освоено промышленное производство вводов с твердой изоляцией на напряжение 110 кВ. Применение газов в качестве электрической изоляции позволяет существенно упростить конструкцию вводов и других электрических устройств и уменьшить их массу и габариты. Газ, используемый в устройствах высокого напряжения, должен обладать не только высокой электрической прочностью, но и приемлемой стоимостью, достаточной термической стойкостью, малой токсичностью, совместимостью с нормальными конструкционными материалами, стойкостью к электрическим разрядам и низкой температурой сжижения. Наиболее полно указанным требованиям отвечает гексафторид серы (шестифтористая сера), названный элегазом. Элегаз имеет пробивное напряжение в 2,6 раза выше, чем у воздуха и азота: температуру кипения 64°С и диэлектрическую проницаемость 1,00191 (при 27,5°С). Элегаз не разлагается под действием воды, кислот, щелочей; на него не действуют водород и кислород. По своей инертности элегаз близок к химически чистому азоту. Однако при ионизационных процессах наблюдается разложение элегаза с образованием весьма опасных необратимых соединений, близких по действию к фосгену. Поэтому элегаз в качестве изоляционной среды рекомендуется использовать только в однородных или слабонеоднородных электрических полях, в которых пробою не предшествуют ионизационные процессы.
Верхний предел рабочей температуры элегаза соответствует классу нагревостойкости Н.
Отечественной промышленностью разработаны вводы с элегазовой изоляцией, предназначенные для установки в КРУ.
Ниже рассматриваются конструктивные особенности выполнения вводов высокого напряжения в зависимости от вида примененной в них внутренней изоляции.
Вводы с маслобарьерной изоляцией.У вводов с маслобарьерной изоляцией (рис. 1) основной изоляцией между токоведущим стержнем и заземленными элементами служит масляный промежуток, разделенный для повышения электрической прочности на слои барьерами из твердого диэлектрика.
Рис. 1. Ввод с маслобарьерной изоляцией.
1 — контактный зажим; 2— дыхательная трубка; 3— расширитель; 4, 8, 13, 15 — фланцы; 5 — верхняя покрышка; 6 — дистанцирующая шайба; 7 — заземленный экран; 9 — внутренний цилиндр; 10 — соединительная втулка; 11 — токоведущая труба с бумажной подмоткой; 12 — внешний цилиндр; 14 — нижняя покрышка.
Конструкция маслобарьерных вводов состоит из верхней и нижней фарфоровых покрышек, внутри которых проходит токоведущий стержень с цилиндрами, пространство между которыми заполнено трансформаторным маслом. Соединение покрышек между собой осуществляется с помощью армированных фланцев, механически связанных с переходной деталью, соединительной втулкой.
Для крепления токоведущего стержня, маслорасширителя, дугогасительных устройств и экранов на фарфоровых покрышках предусмотрены соответственно армированные фланцы меньшего диаметра. Позднее завод отказался от армированного соединения фарфоровых покрышек и применил бесфланцевое соединение деталей ввода с помощью специального пружинного стяжного устройства, которое одновременно является устройством, компенсирующим температурные изменения длины трубы и стягиваемых деталей.
Для регулирования напряженности электрического поля изолирующего промежутка вводов на бумажно-бакелитовые цилиндры зачастую накладывают уравнительные прокладки, поверх которых наносится бумажное покрытие. Поверхности бумажно-бакелитовых цилиндров не лакируют.
На токоведущий стержень для уменьшения напряженности электрического поля вблизи него накладывают слой специальной бумаги или уравнительную обкладку первого внутреннего цилиндра соединяют со стержнем,
В вводах с выводами для подключения ПИН на последний цилиндр изоляционного каркаса предварительно наносят два-три слоя бумаги, поверх которой накладывают металлическую обкладку — фольгу. На фольгу наматывают несколько слоев бумаги в зависимости от необходимой емкости измерительного конденсатора. Затем накладывают вторую металлическую обкладку, которую, так же как и первую, с помощью гибкого проводника выводят наружу ввода. Вводы с маслобарьерной изоляцией в маслоподпорном исполнении имеют общий с силовым трансформатором объем масла и выпускаются заводом на номинальное напряжение 66 кВ. Эти вводы не имеют нижней фарфоровой покрышки, поэтому на время транспортировки и хранения взамен ее для защиты бумажно-бакелитовых цилиндров от увлажнения устанавливается защитный кожух, заполненный маслом. Верхняя фарфоровая покрышка служит внешней изоляцией ввода и является также резервуаром для масла, заполняющего ввод.
При установке маслоподпорных вводов взамен вводов с бумажно-масляной изоляцией из-за укороченной нижней части ввода в ряде случаев требуется применение дополнительных барьеров вблизи заземленных деталей силового трансформатора. Поэтому способ установки маслоподпорных вводов в каждом отдельном случае должен согласовываться с трансформаторными заводами.
Внутренняя изоляция вводов с бумажно-масляной изоляцией.У вводов конденсаторного типа с бумажно-масляной изоляцией (рис. 2) остов выполнен из кабельной бумаги, разделенной на слои уравнительными обкладками и пропитанной трансформаторным маслом. Для намотки изоляционных остовов маслонаполненных вводов применяется кабельная бумага К-120 толщиной 0,12 мм. Бумагу накладывают непосредственно на токоведущую трубу или бакелитовый цилиндр непрерывным полотном шириной, соответствующей длине изоляционного остова ввода, или, значительно реже, при применении лент бумаги шириной 80—150 мм вполнахлеста по винтовой линии с максимально возможным натяжением и с частичным перекрытием витков, достигающим для вводов 110 кВ 50% ширины ленты.
Для уменьшения напряженности электрического поля, улучшения охлаждения и снижения tg дельта в первых слоях изоляции остова ввода 220—500 кВ наложение бумаги обычно производится на бакелитовый цилиндр, внутри которого проходит токоведущая труба. При этом первая уравнительная прокладка электрически соединяется с центральной трубой.
Рис. 2. Ввод с бумажно-масляной изоляцией негерметичного исполнения.
1 — контактный зажим; 2 — расширитель; 3 — пружина стяжного устройства;
— маслоуказатель; 5 — верхняя покрышка; 6 — изоляционный остов; 7 — измерительный вывод; 5 — соединительная втулка; 9 —нижняя покрышка; 10 — труба.
В процессе намотки в определенные слои бумаги для выравнивания напряженности электрического поля в изоляционном остове закладываются уравнительные обкладки, в качестве которых обычно используется алюминиевая фольга толщиной 0,014 мм.
У вводов 220 кВ и выше помимо уравнительных обкладок имеются также манжеты (дополнительные обкладки) шириной 300—500 мм, располагаемые на краях изоляционного остова. Длина уступа по обкладкам в нижней части остова обычно выбирается 8—15 мм. Длина уступа верхней части остова обычно в 1,5—1,8 раза больше, чем для нижнего.
На последнюю (заземляемую) обкладку накладывается поясок из медной фольги толщиной 0,1 и шириной 100—150 мм. У вводов с выводом для подключения ПИН измерительная и заземляемая обкладки выполняются из медной фольги. Поверх последней обкладки остова наносят три-четыре слоя кабельной бумаги, которая закрепляется хлопчатобумажной лентой или приклеивается.
Для вывода напряжения от измерительной обкладки в изоляционном остове вырезается «окно» диаметром 130 мм до первого слоя бумаги, находящегося под заземляемой обкладкой, затем в центре этого «окна» делается квадратный вырез 20X20 мм до измерительной обкладки, к которой припаивается гибкий медный проводник сечением не менее 2,5 мм². Другим концом медный проводник припаивается к токоведущему стержню фарфорового проходного изолятора. Такой же проводник припаивается к последней обкладке из медной фольги и выводится наружу через фарфоровый вывод, расположенный на соединительной втулке (у конструкций вводов ранних выпусков), или подсоединяется непосредственно к соединительной втулке внутри вводов.
На заводе после изготовления изоляционного остова производится его сушка под вакуумом. Остовы вводов 110 кВ, обмотанные промасленной бумагой, обычно не сушат, а подвергают вакуумированию после сборки ввода и заполнения его маслом.
Окончание сушки остовов вводов определяется по стабилизации емкости и tg. Затем собранные вводы вакуумируются, заливаются маслом и вновь вакуумируются.
Вводы с конденсаторной бумажно-масляной изоляцией выпускаются в негерметичном, а в последнее время преимущественно в герметичном исполнениях. Вводы негерметичного исполнения для трансформаторов, реакторов и масляных выключателей имеют изоляционный остов, намотанный на центральную медную трубу или бакелитовый цилиндр, верхнюю и нижнюю фарфоровые покрышки, соединительную втулку, расширитель с масляным затвором и воздухоосушителем, стяжное пружинное устройство, маслоуказатель и другие детали. У вводов герметичного исполнения компенсация температурного изменения объема масла обеспечивается встроенными во вводы (вводы 110—220 кВ) или выносными (вводы 220 кВ и выше) компенсаторами давления.
Линейные вводы негерметичного исполнения имеют выносной маслорасширитель с гидравлическим затвором и маслоуказателем. Компенсация давления в линейных герметичных вводах обеспечивается сильфонными устройствами, которые у вводов 110 кВ подсоединены непосредственно к соединительной втулке, а у вводов 220 кВ установлены вблизи ввода и соединены с ним медной гибкой трубкой.
Кабельные вводы ГБМТкб/0—45-110/630-У1 в состоянии поставки имеют выносной бак давления, снабженный вентилем и манометром для наблюдения и регулировки давления во время хранения. Кабельные герметичные вводы 500 кВ снабжены выносным баком давления, функционирующим как во время хранения ввода, так п в процессе его эксплуатации. У кабельных вводов БМТкб/0—45-110/630-У1 И БМТкб/0—45-330/ 630-У I подпитка маслом в условиях эксплуатации осуществляется из кожуха кабельного ввода, а у кабельного ввода БМТкб/90-220/800-У1 — из бака силового трансформатора.
Кабельные вводы негерметичного исполнения оснащены маслорасширителями с указателями уровня масла. Кроме того, у всех кабельных вводов, за исключением вводов 500 кВ, имеются маслоотборные устройства, позволяющие производить отбор пробы масла из ввода без снятия его с трансформатора и без частичной разборки кабельного ввода. Конструкция кабельных вводов обеспечивает герметизацию полости их бака от масла силового трансформатора.
Специальные трехзажимные вводы на напряжение 220 кВ герметичного исполнения имеют в верхней части два вентильных разрядника, защищающих регулировочную обмотку автотрансформатора от импульсных перенапряжений. Основной изоляцией отводов относительно земли, выполненной на напряжение 220 кВ, является кабельная бумага, разделенная на слои уравнительными обкладками и пропитанная трансформаторным маслом. От последней уравнительной обкладки изоляционного остова ввода выведен на соединительную втулку измерительный вывод, заземляемый во время эксплуатации. Изоляция отводов на напряжение 35 кВ выполнена из кабельной бумаги, пропитанной маслом, или из хлопчатобумажного чулка.
Вводы с твердой изоляцией.Применение твердой бумажной изоляции позволяет выполнять изоляционный остов монолитным и исключить нижнюю фарфоровую покрышку. У вводов такого исполнения существенно уменьшены толщина изоляции и диаметр нижней части.
Конструктивно ввод с твердой изоляцией (рис. 3) состоит из трех частей: сердечника с металлической трубой, соединительной втулки и фарфоровой покрышки со стяжным устройством. Внутренний сердечник (остов) вводов выполнен из твердой бумажной изоляции, изготовленной путем намотки на центральную металлическую трубу лакированной бумаги с последующей запечкой. Бумажная намотка разделена на слои уравнительными обкладками из графита. На изоляционный остов горячим способом посажена соединительная втулка. Верхняя часть изоляционного остова до соединительной втулки закрыта фарфоровой покрышкой. Пространство между остовом и покрышкой залито трансформаторным маслом. Нижняя часть изоляционного остова ввода не имеет фарфоровой покрышки и на время транспортирования и хранения закрывается бакелитовым кожухом. Уплотнение фарфоровой покрышки обеспечивается устройством, расположенным в головке ввода и закрытым диафрагмой, припаянной к трубе и поддону ввода. Компенсация объемного расширения масла при изменении температуры осуществляется воздушной подушкой в головке ввода. Конструкция ввода — неразборная, и капитальный ремонт его в условиях эксплуатации производится только на основании специальных указаний завода. Вводы с твердой изоляцией первого выпуска не имели вывода для измерения тангенса угла диэлектрических потерь и емкости внутренней изоляции. При дальнейшем производстве вводов в конструкции их предусмотрен измерительный вывод, который на время эксплуатации ввода должен быть заземлен.
Рис. 3. Ввод 110 кВ с твердой изоляцией. 1 — защитный колпак; 2 — фарфоровая покрышка; 3 — трансформаторное масло; 4 — изоляционный остов; 5 — измерительный вывод; 6 — нижняя часть изоляционного остова; 7 — защитный цилиндр; 8 — осушитель воздуха; 9 — полиэтиленовый
Отечественная промышленность изготовляла вводы с твердой изоляцией в двух исполнениях: типа ГТБТ/0—60-110/800-УI (номер заводского чертежа 2ШЦ.809.024) с удельной длиной пути утечки 2,26 см /кВ и типа ГТБТУ/0— 60-110/800-У1 (номер заводского чертежа 2ШЦ.809.025) с удельной длиной пути утечки 2,56 см/кВ.
Вводы с твердой изоляцией выпускаются с длиной нижней части 770 и 970 мм. Первые из указанных вводов могут быть использованы взамен герметичных вводов 110 кВ, 630 А, выпускаемых по заводским чертежам № 2ИЭ.800.026 и 2ИЭ.800.047, а вторые — взамен вводов негерметичного исполнения 110 кВ, 630 А.
Внутренняя изоляция вводов с элегазовой изоляцией.Промышленная партия газонаполненных вводов на напряжение 110—220 кВ (рис. 4) предназначена для установки в КРУ. Вводы могут иметь автономный или общий с ячейкой КРУ объем газа и снабжены фарфоровой покрышкой с увеличенной длиной пути утечки, закрывающей верхнюю часть ввода. Выравнивание электрического поля во вводе достигается установкой на уровне соединительной втулки специального экрана.
Рис. 4. Ввод газонаполненный на напряжение 110 кВ.
1 — защитный кожух; 2 — верхняя фарфоровая покрышка: 3 — экран внутренний 4 — нижняя изолирующая покрышка: 5 - защитный кожух: 6 — экран наружный: 7 - манометр; 8 — вентиль.
Соединение всех элементов ввода: токоведущие трубы, соединительной втулки и покрышек — осуществляется стяжным устройством, расположенным в верхней части ввода. Контроль за давлением элегаза во вводе производится по манометру, располагаемому на соединительной втулке.