Применение арамидной изоляции в распределительных трансформаторах

Вопрос №7

Сухие распределительные трансформаторы изготавливаются в открытом исполнении либо защищенные металлическим кожухом, либо открытого исполнения с обмотками,
залитыми эпоксидными компаундами. Существует большое разнообразие конструкций сухих трансформаторов с разными типами изоляции.
Достоинством сухих трансформаторов, по сравнению с масляными, является простота их конструкции и существенно меньшая пожароопасность. Недостатком сухих трансформаторов с некоторыми видами изоляции является возможность их увлажнения. Поэтому сухие трансформаторы устанавливаются, как правило, в помещениях. Недостатком сухих трансформаторов является также возможность загрязнения в процессе эксплуатации как обмоток, так и трансформатора в целом, а особенно в запыленных помещениях. В связи с малой тепловой постоянной времени перегрузочная способность сухих трансформаторов существенно меньше, чем масляных.

Требования предъявляемые к силовым распределительным трансформаторам — основным элементам электрических подстанций — предъявляются жесткие, как по надежности, по техническим и эксплуатационным характеристикам, так и по экологической безопасности. Что касается сухих распределительных трансформаторов в классе напряжения 6 и 10 кВ, то здесь нередко встречается оборудование, изготовленное по устаревшим технологиям. Важнейшим элементом сухого трансформатора, определяющим его потребительские свойства, является изоляция обмотки высокого напряжения, качество которой зависит от используемых материалов и технологии изготовления.

Системы изоляции распределительных сухих трансформаторов

Наиболее распространенными являются сухие трансформаторы со следующими типами изоляции: Сухие трансформаторы с применением различных изоляционных материалов класса нагревостойкости не ниже «F» (155 °С) В трансформаторах с таким типом изоляции могут использоваться различные стеклоткани, пленочные и композиционные материалы типов ЛСК-ТТ, РЭТСАР, ЛЭТСАР, стеклопластики типов СТЭФ, СТЭФ-НТ, СТ-ЭТФ.
Наиболее распространены сухие трансформаторы с изоляцией класса нагревостойкости 155 °С.
Для защиты от увлажнения обмотки таких трансформаторов могут пропитываться специальными лаками.
В целях безопасности активная часть трансформатора обычно заключена в тонкостенный металлический кожух, имеющий отверстия для входа и выхода охлаждающего воздуха.
Из-за меньшей интенсивности охлаждения воздухом, по сравнению с маслом, сухие трансформаторы имеют несколько большие размеры, чем масляные трансформаторы той же мощности и напряжения.
В особых случаях повышенной влажности и ограничения размеров может применяться более нагревостойкая и влагостойкая изоляция с дополнительным покрытием (пропиткой) обмоток специальными лаками, например, кремнийорганическими (рис. 4).
Сухие трансформаторы с обмотками ВН, залитыми эпоксидными смолами (рис. 5)
Обмотки ВН таких трансформаторов выполняются из алюминиевой фольги и заливаются компаундом в вакууме.
Благодаря такой конструкции трансформаторы имеют высокую механическую прочность при токах короткого замыкания и, в отличие от обычных сухих трансформаторов, их обмотки не подвержены увлажнению и загрязнению. При изготовлении таких трансформаторов, а также при утилизации отходов производства требуются определенные меры по защите персонала от воздействия компонентов смол.

Известны случаи растрескивания литой изоляции таких трансформаторов при высоких температурах, связанных с перегрузками, а также при отрицательной окружающей температуре ниже —20 °С.
От этого недостатка свободны трансформаторы, в которых изоляция состоит из стекловолокна или стеклоленты, пропитанной той же смолой.
Недостатком трансформаторов с литой изоляцией является их меньшая перегрузочная способность по сравнению с масляными трансформаторам и.

Сухие трансформаторы с изоляцией «Резиблок»

Главная и слоевая изоляция обмотки ВН трансформаторов «Резиблок» состоит из стеклянного волокна (ровинг), насыщенного эпоксидным компаундом без добавки наполнителя. Все материалы экологичны, не выделяют токсичных газов при высокой температуре. Для более интенсивного охлаждения обмоток при их изготовлении в изоляции выполняются осевые каналы. Определенное количество слоев ровинга, состоящего из нескольких тысяч стеклянных волокон диаметром 3—6 микрон, насыщенного компаундом, навивается по радиальному и диагональному направлениям. Большое натяжение при намотке ровинга позволяет получить обмотку с однородной структурой без мельчайших пустот или воздушных включений, что повышает электрическую прочность изоляции.
Трансформаторы с изоляцией Резиблок имеют высокую электрическую прочность, пожаробезопасность, высокую экологичность, могут эксплуатироваться в особо сложных условиях: морских, тропических, полярных, в химической, горной или металлургической промышленности.

Применение арамидной изоляции в распределительных трансформаторах

Арамидная изоляция выполняется на основе синтетических материалов (ароматических полиамид-арамидов). Арамидные материалы обладают высокой электрической и механической прочностью, хорошей стойкостью к химическим продуктам, повышенной натревостойкостью, не воспламеняются и не поддерживают горение, имеют низкую гигроскопичность. Имея рабочую температуру 220—240°С, сухие трансформаторы с арамидной изоляцией переносят кратковременные перегрузки при температуре свыше 300 °С, экологически чисты, почти не меняют характеристик при увеличении влажности окружающей среды, что важно для поддержания высокой электрической прочности изоляции.

Арамидная изоляция может применяться для изоляции обмоток как в сухих, так и в масляных трансформаторах. Повышение в этом случае рабочей температуры обмотки позволяет повысить мощность сухих трансформаторов при тех же размерах.
В маслонаполненных трансформаторах применение провода с эмалевой изоляцией для обмоток НН и арамидной для обмоток ВН также позволяет повысить рабочую температуру обмоток и, следовательно, уменьшить размеры трансформатора или несколько увеличить его мощность при неизменных размерах. Ограничением будет являться допустимая температура верхнего масла. При этом срок службы трансформатора будет существенно увеличен.

Вопрос №8

Кабели с СПЭ-изоляцией напряжением 6(10) кВ состоят из:

1. Круглой медной или алюминиевой многопроволочной жилы

2. Полупроводящего слоя по изоляции

3. Электропроводящего слоя по изоляции

4. Экрана из медных проволок

5. Медной жилы

6. Распределительного слоя

7. Полиэтиленовой оболочки из полиэтилена повешенной твердости или оболочки из ПВХ (поливинилхлоридного) пластиката пониженной горючести.

Для обеспечения продольной герметизации экрана вместо электропроводной ленты может использоваться водоблокирующая электропроводящая лента, а вместо разделительного слоя – слой из водоблокирующей ленты.

Сшитый полиэтилен идеально подходит для изоляции высоковольтных кабелей. По современной технологии процесс вулканизации (сшивки) полиэтиленовой изоляции производится химическим способом в среде нейтрального газа при давлении 800-900 кПа и температуре 285-400 0С. В результате химической реакции изменяется молекулярная структура полиэтилена и образуются новые межмолекулярные связи, что приводит к изменению электрических и механических свойств веществ.

Достоинства:

1. больший, чем у других кабелей, диапазон рабочих температур, допустимая температура кабеля в нормальном режиме составляет 90 0С, в кратковременном режиме (протекание токов короткого замыкания) – 250 0С. Пропускная способность (допустимые точки нагрузки) увеличивается на 20-30 % путем увеличения допустимой температуры на жиле по сравнению с кабелем с бумажной изоляцией. При размещении одножильного кабеля в плоскости его нагрузочная способность возрастает ещё на 5-10 %

2. прокладка и монтаж кабелей могут осуществляться при температуре доминус 15-20 0С без предварительного подогрева с радиусом изгиба до 15 наружных диаметров, при однократном изгибе – 7,5 наружного диаметра.

3. экологическая безопасность. Отсутствие жидких включений обеспечивает сохранение чистоты окружающей среды, что позволяет прокладывать кабель на любых объектах и эксплуатировать кабельные линии практически без технического обслуживания.

4. высокий ток термической стойкости при КЗ, что особенно важно в случае, когда сечение кабеля выбрано только на основании номинального тока.

5. небольшая масса, меньший диаметр и,соответственно радиус изгиба, легкость прокладки как в кабельныз сооружениях, так и в земле на сложных трассах.

6. низкая повреждаемость кабеля с СПЭ-изоляцией (по зарубежным данным, процент электрических пробоев кабелей с СПЭ-изоляцией на 2-3 порядка ниже, чем кабеля с бумажной изоляцией)

7. возможность прокладки на местности с большими наклонами, возвышенностями и на пересеченной местности, т.е на трассах с большой разницей урочней, в вертикальных и наклонных коллекторах.

8. отсутствие каких-либо компонентов (масел) для усиления диэлектрических свойств изоляции и, как следствие, упрощение монтажного оборудования, что, таким образом, уменьшает время и снижает стоимость прокладки и монтажа.

9. Большая строительная длина (до 2000-4000 м) при использовании однофазного кабеля.

Кабели из сшитого полиэтилена выполнятся одно и трехфазными. Однофазные кабели имебт более высокую надежность вследствие:

1. Большего удаления фаз проводников один от другого, что практически исклбчает развитие замыкания на землю в междуфазное КЗ

2. Исключает трехфазных концевых и соединительных муфт, не отличающихся высокой надежностью и технологичностью

3. Большой строительной длины кабеля, что позволяет уменьшить число соединительных муфт

4. Более высокой стойкости линии их трех однофазных кабелей к огневым и механическим воздействиям.

К недостаткам относятся:

1. Громоздкое кабельное сооружение (три кабельных места вместо одного)

2. Невысокую термическую стойкость экрана при междуфазном КЗ

3. Необходимость фиксации кабелей по всей трассе.

В определенной степени преодолеть указанные недостатки позволяет прокладка кабелей в сотовых конструкциях. Такая прокладка исключает распространение огня по трассе, не допускает повреждений оболочек смежных фаз при пробое одной из них на экран, облегчает визуальное обнаружение места повреждения кабеля и его ремонт.