электрическая прочность масла в 3-4 раза меньше электрической прочности пропитанного электрокартона.

а)	Шайба толщ. 3-6 мм					б)

ННА	ВНА
	15-27 мм

ННА	ВНА
	50 мм

Рис. 3.3. Главная изоляция трансформаторов 35 кВ (а) и 110 кВ (б)

Нарушение маслобарьерной изоляции начинается с пробоя масляного канала без полного пробоя изоляции, при этом в месте пробоя образуются необратимые повреждения электрокартона или бумаги, снижающие ее электрическую прочность. Чтобы этого не происходило, в масляном канале рабочие напряженности электрического поля принимают от 2.5 кВ/мм до 5 кВ/мм в первом масляном канале, где напряженность поля наибольшая.

3.2. Изоляция вводов высокого напряжения

Проходные изоляторы высокого напряжения, называемые иначе вво-

дами, имеют неблагоприятное расположение электродов с большой на-

пряженностью электрического поля. Наибольшая напряженность электрического поля наблюдается у края фланца изолятора (рис. 3.4), где велики и нормальная к поверхности изолятора составляющая напряженности электрического поля, и тангенциальная составляющая. В этом месте возможно возникновение короны, скользящих разрядов, приводящих к перекрытию и к радиальным пробоям. Довольно часто при эксплуатации появляются наиболее опасные механические нагрузки на изгиб изолятора. Кроме того, на изолятор воздействуют тепловые нагрузки за счет нагрева токоведущих частей и диэлектрических потерь в изоляционном теле.

36

E

Рис. 3.4. Схематическое изображение проходного изолятора

Для создания более равномерного электрического поля используются конструкции конденсаторного типа, в которых требуемое распределение напряжения по изоляционной конструкции принудительно осуществляется при помощи металлических обкладок, закладываемых в изоляцию в процессе ее намотки (рис. 3.5). Такая конструкция уменьшает требуемые размеры ввода, особенно его диаметр, что улучшает условия отвода тепла. Чаще всего изоляторы конденсаторного типа выполняются так, чтобы обеспечить постоянство аксиальной (продольной) составляющей напряженности электрического поля. Для этого толщину слоя изоляции выбирают так, чтобы обеспечить одинаковые емкости между обкладками и одинаковые напряжения на каждом слое; уступы также принимаются одинаковыми. Иногда, однако, выполняют одинаковую толщину слоев.

Металлические

обкладки

Рис. 3.5. Эскиз проходного изолятора конденсаторного типа

По типу выполнения изоляции проходные изоляторы делятся на сплошные фарфоровые, бумажно-бакелитовые, маслобарьерные и бумаж- но-масляные (конденсаторного типа).

Для внутренней установки на напряжение до 35 кВ используются фарфоровые армированные проходные изоляторы, внутри которых про-

37

ходит токоведущий стержень, или бумажно-бакелитовые проходные изоляторы конденсаторного типа. Бумажно-бакелитовые изоляторы изготавливаются путем намотки бумаги, пропитанной бакелитовой смолой, с обкладками из металлической фольги, обжимаются и выдерживаются при температуре 160оС, при которой происходит полимеризация смолы. Недостатками бумажно-бакелитовых вводов являются малая влагостойкость и наличие газовых включений, поэтому на напряжения выше 35 кВ их не применяют.

На напряжении 110 кВ и выше используются конденсаторные вводы с маслобарьерной или бумажно-масляной изоляцией. В связи с более простой технологией изготовления наиболее распространены последние. В этой конструкции на токоведущий стержень наматывается изоляция из кабельной бумаги, а между слоями бумаги закладываются металлические обкладки из алюминиевой фольги. Бумага высушивается под вакуумом и пропитывается трансформаторным маслом. Сверху конструкция закрывается фарфоровыми покрышками, укрепленными на металлическом фланце. Пространство внутри покрышек заполняется трансформаторным маслом.

Для повышения тепловой устойчивости ввода увеличивают пло-

щадь сечения стержня и улучшают качество изоляции снижением тангенса угла диэлектрических потерь.

3.3. Изоляция силовых конденсаторов

Силовые конденсаторы применяют в следующих случаях:

•в силовых сетях промышленной частоты высокого и низкого напряжений частотой 50 Гц (косинусные конденсаторы, конденсаторы продольной емкостной компенсации, конденсаторы емкостного отбора мощности);

•в силовых установках повышенных частот (электротермические установки частотой до 10 кГц);

•в установках постоянного и пульсирующего напряжений;

•в установках импульсного напряжения.

Основное характерное отличие силовых конденсаторов от прочих конденсаторов – сравнительно большие протекающие через них токи, которые даже при малых диэлектрических потерях приводят к заметному нагреву конденсаторов. Основные проблемы, решаемые при проектировании и изготовлении конденсаторов, заключаются в обеспечении требуемой емкости, рабочего напряжения и тепловой устойчивости. Все это определяется изоляцией конденсатора: диэлектрической проницаемостью диэлектрика, допустимой величиной рабочей напряженности электрического поля, диэлектрическими потерями и условиями теплоотвода.

Силовые конденсаторы состоят из секций в основном рулонного ти-

38

па. Секции наматывают на цилиндрическую оправку и после снятия с оправки сплющивают, либо оставляют на цилиндрическом изоляционном каркасе, получая цилиндрическую секцию. В зависимости от номинального напряжения и емкости конденсатора его секции соединяются параллельно, последовательно или смешанно (рис. 3.6). Пакет помещают в корпус, пропитывают и герметизируют для предотвращения попадания воздуха и влаги.

Рис. 3.6. Смешанное параллельно-последовательное соединение секций

Секции конденсаторов выполняются либо со скрытой, либо с выступающей фольгой (рис. 3.7). Конструкцию с выступающей фольгой применяют для улучшения теплоотвода и для уменьшения индуктивности секций. Для увеличения напряжения применяют конструкцию со «слепой» промежуточной фольгой, при этом секция состоит из нескольких подсекций, соединенных последовательно, а выводы имеют только первая и последняя фольга (рис. 3.7г).

а)

б)

в)

г)

Рис. 3.7. Рулонные секции конденсаторов со скрытой фольгой (а), с выступающей фольгой (б) и с промежуточной «слепой» фольгой (в)

В качестве изоляции используется пропитанная конденсаторная бумага и полимерные пленки.

Самые существенные характеристики конденсаторной бумаги – ее

39

толщина (колеблется от 4 до 30 мкм), плотность, угол диэлектрических потерь (у пропитанной бумаги tg δ=0.0012..0.0026) и электрическая прочность, сильно зависящая от материала пропитки.

Из полимерных пленок в конденсаторах промышленной и повышенной частоты применяют полипропиленовую пленку (εr=2.25, tg δ=0.0003), а в импульсных конденсаторах – лавсановую пленку (εr=3.2, tg δ=0.003 при 50 Гц и tg δ=0.02 при 1 МГц). У полимерных пленок высокая электрическая прочность, достаточная термостойкость и механическая прочность, совместимость с жидкими диэлектриками, применяемыми для пропитки.

Всиловых конденсаторах часто применяют комбинированную бу- мажно-пленочную изоляцию, в которой слои конденсаторной бумаги перемежаются со слоями полимерной пленки. Бумага впитывает жидкость, втягивая ее в прослойки между пленками, и обеспечивает отсутствие газовых включений. В такой изоляции благоприятное распределение напряженности электрического поля: в пленке напряженность примерно вдвое

больше, чем в бумаге, поскольку εr пленки примерно вдвое меньше, а электрическая прочность пленки выше.

Вкачестве пропиток используют нефтяное конденсаторное масло, хлорированные дифенилы и их заменители, а в импульсных конденсаторах

–касторовое масло. Хлорированные дифенилы имеют более высокую диэлектрическую проницаемость по сравнению с конденсаторным маслом, высокую стойкость к разложению в электрическом поле, негорючесть, но токсичны и чувствительны к примесям.

Электродами в силовых конденсаторах является алюминиевая фольга толщиной 7..12 мкм. В некоторых типах конденсаторов используется слой металла (цинка или алюминия), нанесенный на поверхность ленты или бумаги.

Рабочие напряженности поля Eраб в изоляции бумажно-масляных конденсаторов составляют 12..14 кВ/мм, при пропитке хлордифенилами

или их заменителями Eраб возрастают до 18..22 кВ/мм, но при этом возможен недопустимый нагрев и угол потерь должен быть малым. Бумажно-

полипропиленовый диэлектрик с двумя листами пленки (εr=2.25) и листом бумаги (εr=4) между ними допускает Eраб от 18 кВ/мм и выше в бумажном компоненте в зависимости от пропитки и до 50..60 кВ/мм в пленке. Кон-

денсаторы с чисто пленочным диэлектриком допускают Eраб до 50..60 кВ/мм, а в конденсаторах с использованием металлизированной полипропиленовой пленки – до 70 кВ/мм. При повышенных частотах допустимые рабочие напряженности поля определяются в основном тепловым режимом. При постоянном напряжении допустимая рабочая напряженность может достигать 80 кВ/мм.

40