Изоляционная конструкция маслонаполненных трансформаторов

I. Функции изоляции трансформатора
(1) Изолировать проводящие компоненты от других частей.
(2) Разделять отдельные токоведущие секции.
(3) Улучшать равномерность распределения электрического поля за счет рационального расположения изоляции.
(4) Придавать электрическим компонентам удельную емкость.
(5) Обеспечивать механическую поддержку, фиксацию и облегчать циркуляцию масла для отвода тепла.

II. Классификация и требования к изоляции трансформаторов
1. Классификация изоляции трансформаторов

Изоляция трансформаторов подразделяется на внутреннюю и внешнюю. Внутренняя изоляция относится к изоляции внутри резервуара, а внешняя изоляция — к изоляции между верхней частью вводов и землей, а также между самими вводами. Внутренняя изоляция подразделяется на основную изоляцию и продольную изоляцию. Основная изоляция обеспечивает изоляцию между обмотками и заземленными частями, а также между самими обмотками. В маслозаполненных трансформаторах в качестве основной изоляции обычно используются изоляционные конструкции из пропитанной маслом бумаги.
Основная изоляция может быть далее подразделена на градиентную изоляцию и полную изоляцию. Градиентная изоляция означает более низкий уровень изоляции вблизи нейтральной точки обмотки трансформатора по сравнению с уровнем изоляции на концах обмотки. И наоборот, если уровень изоляции на первом конце и конце трансформатора одинаков, это называется полной изоляцией. Продольная изоляция относится к изоляции между различными участками одной и той же обмотки, например между различными витками, между витками и между витками и сердечником обмотки.
2. Требования к изоляции трансформатора

Требование к изоляции трансформатора заключается в том, что она не должна ухудшать нормальную работу из-за ухудшения изоляции в течение всего срока службы. Основные требования следующие:
(1) Выдерживать рабочие перенапряжения и нормальные рабочие напряжения.
(2) Выдерживать рабочие токи короткого замыкания, перегрузочные токи и нормальные рабочие токи.
(3) Обеспечивать нормальную работу несмотря на попадание влаги или старение.
3. Изоляционные материалы трансформатора

Основные внутренние изоляционные материалы включают трансформаторное масло, изоляционный картон, кабельную бумагу, телефонную бумагу и крепированную бумагу.
(1) Трансформаторное масло.
(2) Изоляционный картон. В основном изготавливается из небеленого сульфатного волокна, имеет многочисленные межклеточные поры между волокнами, что обеспечивает высокую проницаемость, поглощение масла и поглощение воды. Использование термостойкой бумаги из полиамидного волокна значительно продлевает срок ее службы. Применяется для изготовления изоляционных бумажных трубок, распорок, прокладок, перегородок и угловых колец.
(3) Кабельная бумага. Как разновидность изоляционной бумаги, она изготавливается из сульфатной целлюлозы. В трансформаторах используются кабельные бумаги марок DL2-08 и DL2-12 толщиной 0,08 мм и 0,12 мм соответственно. Она в основном используется для обертывания внешней изоляции проводников, межслойной изоляции катушек и обертывания изоляции выводов, являясь одним из основных изоляционных материалов в маслозаполненных трансформаторах.
(4) Телефонная бумага. Изготавливается из сульфатной целлюлозы. В трансформаторе используется телефонная бумага типа DH-50. Ее толщина составляет (0,5±5) мм, поставляется в рулонах шириной (500±10) мм. В основном используется для изоляции проводников катушки и изоляции концов катушки.
(5) Крепированная бумага. Также классифицируется как изоляционная бумага, производится путем дальнейшей переработки кабельной бумаги на основе сульфатной целлюлозы. Обладает отличными электрическими свойствами в масле, характеризуется высоким средним напряжением пробоя и низким тангенсом угла диэлектрических потерь. Крепированная бумага в основном используется для обмотки выводов трансформаторов и в аналогичных целях.

Следует отметить, что диэлектрическая проницаемость ε изоляционной бумаги и картона составляет от 4 до 5, что более чем в два раза превышает диэлектрическую проницаемость трансформаторного масла (ε=2,2). В электрическом поле напряженность поля, выдерживаемая композитной изоляцией, обратно пропорциональна диэлектрической проницаемости материала.

Следовательно, напряженность электрического поля в масляных зазорах значительно выше, чем в картоне. Таким образом, масляные зазоры представляют собой слабое звено в маслобумажной изоляции. Когда диэлектрические постоянные этих компонентов приближаются друг к другу, размеры изоляционных конструкций трансформатора могут быть потенциально уменьшены. Поэтому разработка нового картона с низкими диэлектрическими постоянными в настоящее время является ключевым направлением научных исследований и разработок.