Уровень рабочих напряжений и перенапряжений в условиях эксплуатации трансформаторов

Силовой трансформатор рассчитан на длительное включение его в электрическую сеть, т. е. на постоянное нахождение его под напряжением. Изоляция обмоток и токоведущих частей (отводы, переключатели и т. п.) трансформатора вовремя его работы испытывает воздействие как длительно приложенного напряжения нормальной промышленной частоты (т. е. частоты, при которой подается энергия, 50 гц), так и импульсных, т. е. кратковременных, перенапряжений.

Перенапряжениями вообще называются напряжения, значительно превышающие номинальное напряжение трансформатора и поэтому опасные для его изоляции. Обычно под этим словом подразумевают импульсные перенапряжения, возникающие от атмосферных явлений, наиболее сильно воздействующие на изоляцию трансформатора, а также коммутационные перенапряжения.

Коммутационные перенапряжения могут возникать при нормальных коммутационных процессах, происходящих в линии электропередачи: включение и отключение трансформатора при холостом ходе и нагрузке, при резких изменениях режимов работы линий и т. п. Эти перенапряжения могут достигать трех-четырехкратных значений фазных напряжений при длительности, измеряемой сотыми долями секунды, не превышая, как правило, 0,1 сек. Кроме того, в линии при обрывах и коротких замыканиях в ней могут возникать аварийные перенапряжения, превышающие коммутационные.

Атмосферные перенапряжения, вызываемые грозовыми разрядами, в отдельных неблагоприятных случаях, достигая трансформатора, могут иметь величину 10-кратного фазного напряжения и более при длительности, измеряемой микросекундами.

Изоляция трансформатора разделяется на главную и продольную. Главной изоляцией называется изоляция каждой из обмоток относительно заземленных частей и от других обмоток. Продольной изоляцией называется внутренняя изоляция каждой обмотки, т. е. ее междувитковая, междуслойная и между катушечная изоляции.

Нормальное рабочее напряжение и коммутационное перенапряжение воздействуют в основном на главную изоляцию обмоток. Атмосферное перенапряжение воздействует главным образом на продольную изоляцию обмоток.

Для надежной работы трансформатора должна быть обеспечена достаточная электрическая прочность его изоляции. Различают электрическую прочность изоляции при нормальной промышленной (50 гц) частоте и импульсную прочность. Уровень электрической прочности изоляции трансформатора находится в определенной, установленной на основе опыта эксплуатации и узаконенной стандартами зависимости от принадлежности к тому или иному классу напряжения и от условий работы трансформатора.

Каждая из обмоток трансформатора в зависимости от длительно допустимого рабочего напряжения относится к определенному классу напряжения, характеризуемому значением номинального напряжения. Согласно ГОСТ 721— 62 в Советском Союзе приняты следующие номинальные линейные напряжения переменного тока, приведенные в табл. 13.1.

Таблица 13.1

Номинальные напряжения сетей и приемников электрической энергии, кв	Наибольшее рабочее напряжение, кв
	3,6
	7,2
	17,5
	40,5
ПО

Классом напряжения трансформатора принято считать класс напряжения его обмотки ВН.

Соответственно классам напряжения установлены нормы для испытания изоляции обмоток трансформатора как при промышленной частоте (50 гц), так и при импульсном испытании (см. § 13.3).

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ИЗОЛЯЦИИ ТРАНСФОРМАТОРА

Правильный выбор изоляционных расстояний, качество изоляционных материалов и общей конструкции изоляционных узлов имеет существенное значение для надежности и долговечности работы трансформатора. С другой стороны, чрезмерно большие запасы электрической прочности приводят к неоправданно большим расходам изоляционных и других материалов и увеличению габаритных размеров и стоимости всего трансформатора.

Изоляционные материалы не должны иметь химического взаимодействия с горячим трансформаторным маслом и, с другой стороны, не способствовать его разложению и загрязнению.

Кроме чисто электрических воздействий, изоляция трансформаторов подвергается нагреванию от потерь, возникающих в обмотке и магнитопроводе, и механическим усилиям, достигающим значительных Беличий в аварийном случае короткого замыкания. Это должно учитываться при разработке рациональной конструкции. Обычно принято считать, что правильно рассчитанный при условии нормальной эксплуатации трансформатор должен служить не менее 15—20 лет.

Причем указанный срок службы трансформатора в значительной степени определяется сохранением основных качеств его изоляции.

Значительную роль в обеспечении электрической прочности изоляции имеет правильная технология ее обработки. Одной из важнейших технологических операций обработки изоляции является вакуумная сушка активной части трансформатора перед заливкой маслом по окончании сборки.

В трансформаторах желательно иметь возможно меньшую поверхность масла, соприкасающуюся с воздухом, поэтому целесообразно применять герметизацию расширителей, химических воздухоосушителей и др.