Ізоляція, використовувана між витками і між обмотками в трансформаторах, вибирається так, щоб відповідати умовам експлуатації трансформатора Термін служби ізоляції повязаний з її робочою температурою, та з метою стандартизації були встановлені декілька класів ізоляції (Табл 72) Для ізоляційних систем зазвичай розглядаються два значення температур Це середнє збільшення температури, яке розвивається в трансформаторі з урахуванням збільшення опору провідників, і збільшення температури гарячих плям, які утворюються через нерівномірність відведення тепла з обмоток Дані, наведені в Табл 72, засновані на визначеннях, введених стандартом ANSI С57у\ І відповідають максимальній температурі навколишнього повітря 40 ° С і середній температурі 30 ° С за період у 24 години

Таблиця 72 Класи ізоляції

Класи ізоляції [° С]

Система охолодженні

Середнє збільшення температури [С]

Збільшення температури в гарячих плямах [° С]

105 (клас А)

Масляна або суха

55

W

150 (клас В)

Суха

80

30

185 (клас F)

Суха

115

30

220 (клас H)

Суха

150

30

Клас ізоляції 105 ° є майже універсальним для трансформаторовдо 1 кВА і для маслонаповнених трансформаторів Ізоляціонниематеріали включають крафт-папір, бавовняну стрічку, емалеву або полівінілформальдегідную ізоляцію проводів, дерево, картон для маслонаповнених трансформаторів та інші низькотемпературні органічні діелектрики Маленькі маслонаполненние трансформатори іноді застосовуються у високовольтних системах, де використовуються ізолюючі властивості масла Трансформатори з більш високими класами ізоляції зазвичай менше в розмірах і дешевше, але мають великі втрати в міді Однак менші розміри високотемпературних трансформаторів забезпечують менші втрати в сердечниках Загалом в останні роки спостерігається тенденція до використання більш високотемпературних ізоляційних матеріалів, обумовлена ​​тим, що ці ізоляційні матеріали стають все дешевше, а розміри трансформаторів стають все важливішим

У трансформаторах класу 150 ° С для межслойной ізоляції може використовуватися майларовим (Maylar ®) плівка або епоксидні композиції, а ізоляція проводів виконується поліуретан-нейлонової (polyurethane-with-Nylon ®) У системах класу 185 ° С можуть бути використані для ізоляції проводів номекс (Nomex ®), поліестер з епоксидною смолою (Polythermaleze ®), ізонель (Isonel ®) і ізомід (Isomid ®), а в якості конструкційних матеріалів застосовуються склопластик і кремнійорганічні матеріали Це забезпечує хороший компроміс між ефективністю і ціною Клас 220 ° С є самим високотемпературним із широко використовуваних Для межслойной ізоляції використовується номекс (Nomex ®), а для ізоляції проводів – полиимид В якості конструкційних матеріалів – склопластик і кремнійорганічні матеріали У ще більш високотемпературних застосуваннях для межслойной ізоляції використовується слюда, а ізоляція проводів здійснюється керамікою, без застосування будь-яких органічних матеріалів

Перевантаження трансформаторів можуть привести до серйозних пошкоджень їх ізоляційних систем Наприклад, якщо яка-небудь органічна ізоляція товщиною 001 дюйма (0254 мм) при 230 ° С має термін служби 105 годин, то при 320 ° С її довговічність скорочується до 400 годин Термін служби визначається зниженням електричної міцності ізоляції до 300 В / міл (118кВ/мм)

Маленькі однофазні трансформатори часто роблять з роздільними первинною і вторинною обмотками (Мал 77) У цій конструкції забезпечується прекрасна електрична міцність ізоляції між обмотками, що потрібно для отримання відмітки сертифікації з безпеки (UL) Вимоги з безпеки включають виняток загоряння при короткому замиканні вторинної обмотки і відсутність кидків напруги у вторинній обмотці або небезпеки загоряння при відмові в первинній обмотці Хоча більшість цих трансформаторів відносяться до класу 105 ° С, в них часто застосовується ізоляція, що відноситься до класу 220 ° С, так що ізоляційні властивості сохраняютсядаже при горінні первинної або вторинної обмоток Безліч трансформаторів, призначених для установки на друковані плати, зроблені таким чином

Рис 77 Трапсформаторысразделъньши первинної та вторинної обмоткамівразрезе

Як згадувалося раніше, ізоляція трансформаторів виконується так, щоб у ній не було бульбашок або повітряних кишень Справа в тому, що діелектрична постійна повітря набагато менше, ніж у болипінства ізоляційних матеріалів, так що в повітряних міхурах виявляється набагато більший градієнт електричного поля, ніж у навколишньому ізоляції Цей градієнт може виявитися достатній для іонізації повітря і збудження коронного розряду При коронному розряді утворюється озон, який, будучи потужним окислювачем, руйнує прилеглі ділянки ізоляції, що призводить врешті-решт до аварії Те ж саме може статися в ізоляції і саме по собі при роботі із занадто великими напруженнями Два трансформатора сухого типу, на 6900 В, 3000 кВА, встановлені на одному металургійному заводі кілька років тому, відмовили всього лише через місяць експлуатації Розробник використовував занадто тонку Міжшарова ізоляцію, яку зруйнував коронний розряд Так як це сталося в період дії гарантії, трансформатори були спрямовані постачальнику для ремонту за його рахунок

71 Основний рівень імпульсної міцності ізоляції

Змінне робоче напруга в обмотках трансформатора розподіляється рівномірно по всіх виткам обмотки, і напруга між сусідніми витками постійно А ось кидки напруги через ємнісних ефектів можуть створити набагато більшу напругу між витками на кінці обмотки На Рис 78 показано найпростіше пятисекційний наближення до розподілу напружень між витками при кидку Ємності вітоквіток і виток-земля прийняті рівними, а індуктивності – досить великими, щоб ними можна було знехтувати Відзначимо, що близько 62% початкової амплітуди кидка напруги припадає на перші витки Для поліпшення розподілу напружень по витків обмотки в трансформаторах на середні напруги іноді збільшують відстані між витками і підсилюють ізоляцію між ними на високовольтному кінці обмотки Застосовують і екрани для вирівнювання цих напруг

Рис 78 Розподіл кидка напруги па обмотці трансформатора

Здатність трансформатора протистояти кидкам напруги описується поняттям основний рівень імпульсної міцності ізоляції (BIL), т e амплітудою стандартного імпульсу напруги з часом наростання до пікового значення в 12 мкс і часом спаду на 50% 50 мкс Випробування основного рівня імпульсної міцності ізоляції і випробування синусоїдальною напругою стандартизовані для різних класів і типів трансформаторів Зокрема, для маслонаповнених трансформаторів ці вимоги наведені в IEEE C571200, а для трансформаторів сухого типу – в IEEE C571251

Джерело: Сукер К Силова електроніка Керівництво розробника – М: Видавничий дім «Додека-ХХI, 2008 – 252 c: Ил (Серія «Силова електроніка»)