Установка для сушіння твердої ізоляції високовольтних вводів трансформатора

Реферат: Установка для сушіння твердої ізоляції високовольтних вводів трансформатора містить електропровідну циліндричну герметичну сушильну камеру, теплоізолятор, дві ізоляційні термотривкі втулки для фіксації кінців струмоведучої труби високовольтного вводу, генератор високої частоти, узгоджувальний пристрій з органом настройки, випромінювач короткохвильового діапазону, систему вакуумування сушильної камери, ємність для збору конденсату, вимірювач тиску, низьковольтний вимірювальний міст, тверду ізоляцію високовольтного вводу трансформатора, три контактні датчики температури, датчики температури блока збору і обробки інформації. Додатково обладнана системою автоматичного регулювання рівнем потужності відбитої хвилі, яка містить послідовно з'єднані вимірювач коефіцієнта стоячої хвилі, блок обробки інформації і керування та виконавчий пристрій. UA 113741 U (12) UA 113741 U UA 113741 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області електротехнічної промисловості, зокрема до термовакуумної обробки твердої ізоляції високовольтних вводів трансформаторів, і може бути використана при виготовленні або ремонті високовольтних вводів. Відомо, що в процесі експлуатації високовольтних вводів відбувається зволоження внутрішніх шарів ізоляції, яка виготовлена з волокнистих матеріалів; це призводить до зниження її електроізоляційних властивостей і, як наслідок, може викликати руйнування високовольтних вводів і вихід трансформатора з ладу (С.А. Бажанов. Техническое обслуживание и ремонт вводов и изоляторов высокого напряжения. - М.: Энергоатомиздат, 1984 г.) Залежно від ступеня погіршення властивостей твердої ізоляції високовольтних вводів для сушіння ізоляції використовують наступні способи: - промивка ізоляції підігрітим трансформаторним мастилом; - обробка ізоляції в термовакуумних печах. Перший спосіб використовують в тому випадку, коли значення тангенсу кута діелектричних втрат в ізоляції не перевищено більш ніж на 25 %. Він є менш ефективним ніж другий вищезгаданий спосіб. При висушуванні твердої ізоляції високовольтних вводів в термовакуумних печах для нагріву як теплоносій використовують гарячу пару, нагріте повітря тощо. Відома установка для сушіння твердої ізоляції високовольтних вводів трансформатора в термовакуумній печі (Ремонт высоковольтных вводов классов напряжения 35 кВ и выше. СО 34.46.611-2005. - М.: ЦКБ "Энергоремонт", 2005). Вона містить електропровідну циліндричну герметичну сушильну камеру, дві ізоляційні термотривкі втулки для фіксації кінців струмоведучої труби високовольтного вводу, систему вакуумування сушильної камери, ємність для збору конденсату, датчик температури та вимірювач тиску всередині сушильної камери, а також низьковольтний вимірювальний міст, який з'єднаний з твердою ізоляцією високовольтного вводу трансформатора. На зовнішній поверхні сушильної камери встановлений теплоізолятор, на якому розташована індукційна обмотка; сушильна камера з торців містить днище і герметичну кришку. При підключенні індукційної обмотки до живлячої мережі напругою 220/380 В струм, який проходить по обмотці, індукує магнітний потік в електропровідних стінках сушильної камери, які прогріваються завдяки дії вихрового струму, при цьому конвекційний потік гарячого повітря всередині камери осушує тверду ізоляцію високовольтного вводу. Процес сушіння ізоляції потребує від оператора постійного контролю за температурою сушіння: підтримання її зростання не більш ніж на 5-10 °C за годину в залежності від стану твердої ізоляції на початку процесу, а після його завершення - поступового зниження температури не більш ніж на 10 °C за годину. Недоліком цієї установки є нерівномірність сушіння твердої ізоляції, що призводить до спучування, короблення, а в деяких випадках, і до її механічного руйнування. Дійсно, при висушуванні ізоляції потоком гарячого повітря температура нагріву ізоляції зменшується в напрямку від її зовнішнього шару до струмоведучої труби високовольтного вводу. Наслідком нерівномірності сушіння ізоляції є втрати її діелектричних властивостей. Крім цього недоліком цієї установки є довготривалість процесу сушіння: в залежності від ступеня погіршення діелектричних властивостей ізоляції період сушіння дорівнює від 48 до 120 годин. Недоліком вказаної установки є також її низька надійність, яка обумовлена людським фактором при постійному контролі оператором за температурою сушіння. Відома також установка для сушіння твердої ізоляції високовольтних вводів трансформатора (патент України №60628 U, МПК Н02К 15/12). Вона містить електропровідну циліндричну герметичну сушильну камеру, на зовнішній поверхні якої встановлений теплоізолятор, дві ізоляційні термотривкі втулки для фіксації кінців струмоведучої труби високовольтного вводу, яка є випромінювачем короткохвильового діапазону, генератор високої частоти, вихід якого через узгоджувальний пристрій з органом ручної його настройки зв'язаний з одним з кінців випромінювача короткохвильового діапазону, закріпленого в центральному отворі одного з герметичних знімних фланців, встановлених з обох торців сушильної камери, систему вакуумування сушильної камери, ємність для збору конденсату, датчик температури та вимірювач тиску всередині сушильної камери, а також низьковольтний вимірювальний міст, який з'єднаний з твердою ізоляцією високовольтного вводу трансформатора, при цьому діаметр сушильної камери і її довжина менші від довжини хвилі короткохвильового діапазону у матеріалі твердої ізоляції високовольтного вводу. Недоліком даної установки є її низька надійність. Наявність одного датчика температури всередині сушильної камери не дозволяє контролювати безпосередньо температуру твердої ізоляції вздовж всієї її довжини, а контроль температури в одній точці не відображає об'єктивно протікання процесу сушіння: вразі нерівномірного насичення твердої ізоляції вологою вздовж її 1 UA 113741 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 довжини, процес випаровування і сушіння також відбувається нерівномірно, що призводить до спучування, короблення та розшарування твердої ізоляції. Крім цього в процесі висушування твердої ізоляції з неї випаровується та видаляється волога і, як наслідок, змінюються її електричні параметри. Це призводить до розузгодження генератора високої частоти з сушильною камерою і до збільшення рівня потужності відбитої в напрямку генератора хвилі, що є причиною перегріву елементів вихідного каскаду генератора високої частоти. Ручне підстроювання узгоджувального пристрою за допомогою органу його настройки не дозволяє в значній мірі запобігти вище зазначеному недоліку. Найбільш близькою по суті до запропонованої є установка для сушіння твердої ізоляції високовольтних вводів трансформатора (патент Украины №99505 U, МПК Н02К 15/12), що містить електропровідну циліндричну герметичну сушильну камеру, на зовнішній поверхні якої встановлений теплоізолятор, дві ізоляційні термотривкі втулки для фіксації кінців струмоведучої труби високовольтного вводу, яка є випромінювачем короткохвильового діапазону, генератор високої частоти, узгоджувальний пристрій з органом настройки, зв'язаний з одним з кінців випромінювача короткохвильового діапазону, закріпленого в центральному отворі одного з герметичних знімних фланців, які встановлені з обох торців сушильної камери, систему вакуумування сушильної камери, ємність для збору конденсату, вимірювач тиску всередині сушильної камери, низьковольтний вимірювальний міст, який з'єднаний з твердою ізоляцією високовольтного вводу трансформатора, три контактні датчики температури, які розташовані на поверхні твердої ізоляції високовольтного вводу трансформатора таким чином, що середній датчик розташований на однаковій відстані L від країв твердої ізоляції, а два других відстоять від найближчих до них країв твердої ізоляції на відстані 0,1L, кожний з виходів датчиків температури підключений до відповідного входу блока збору і обробки інформації з датчиків температури, вихід якого через пристрій автоматичного регулювання підключений до входу керованого джерела живлення, а вихід останнього з'єднаний з входом генератора високої частоти, при цьому діаметр сушильної камери і її довжина менші від довжини хвилі короткохвильового діапазону у матеріалі твердої ізоляції високовольтного вводу. Крім цього вихід генератора високої частоти через узгоджувальний пристрій з органом ручної настройки зв'язаний з одним з кінців випромінювача короткохвильового діапазону. Основним недоліком даної установки є її низька надійність. Дійсно, в процесі висушування твердої ізоляції високовольтних вводів трансформатора з неї випаровується та видаляється волога і, як наслідок, змінюються її електричні параметри, якими є, наприклад, активний і реактивний опір, що призводить до розузгодження генератора високої частоти з сушильною камерою і збільшенню рівня потужності відбитої в напрямку генератора хвилі; при цьому змінюється і коефіцієнт стоячої хвилі (КСХ), який обчислюється за формулою: Р  Рв ідб. , КХС  пад. Рпад.  Рв ідб. де Рпад. - потужність падаючої хвилі (вихідна потужність генератора високої частоти); Рв ідб. - потужність відбитої у напрямку генератора високої частоти хвилі. Таким чином, збільшення потужності відбитої в напрямку генератора хвилі призводить до перевантажень (перегріву) елементів вихідного каскаду генератора високої частоти і, в деяких випадках, до пробою елементів узгоджувального пристрою. Ручне підстроювання узгоджувального пристрою за допомогою органу його настройки не дозволяє в значній мірі запобігти вищезазначеному недоліку, тому що оператор невзмозі забезпечити постійне спостерігання за рівнем потужності відбитої хвилі і підстроювання узгоджувального пристрою з метою підтримки КСХ в заданому діапазоні (1,3-1,4). А це значить, що відома установка не відповідає високому рівню надійності. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалити установку для сушіння твердої ізоляції високовольтних вводів трансформатора шляхом впровадження автоматичного регулювання рівнем потужності відбитої хвилі з метою запобігання розузгождення в високочастотному тракті, що забезпечить захист елементів вихідного каскаду генератора високої частоти від перевантажень, а елементів узгоджувального пристрою від пробою, тим самим забезпечить підвищення надійності установки. Поставлена задача вирішується тим, що установка для сушіння твердої ізоляції високовольтних вводів трансформатора, що містить електропровідну циліндричну герметичну сушильну камеру, на зовнішній поверхні якої встановлений теплоізолятор, дві ізоляційні термотривкі втулки для фіксації кінців струмоведучої труби високовольтного вводу, яка є випромінювачем короткохвильового діапазону, генератор високої частоти, узгоджувальний пристрій з органом настройки, зв'язаний з одним з кінців випромінювача короткохвильового 2 UA 113741 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 діапазону, закріпленого в центральному отворі одного з герметичних знімних фланців, які встановлені з обох торців сушильної камери, систему вакуумування сушильної камери, ємність для збору конденсату, вимірювач тиску всередині сушильної камери, низьковольтний вимірювальний міст, який з'єднаний з твердою ізоляцією високовольтного вводу трансформатора, три контактні датчики температури, які розташовані на поверхні твердої ізоляції високовольтного вводу трансформатора таким чином, що середній датчик розташований на однаковій відстані L від країв твердої ізоляції, а два других відстоять від найближчих до них країв твердої ізоляції на відстані O, 1L, кожний з виходів датчиків температури підключений до відповідного входу блока збору і обробки інформації з датчиків температури, вихід якого через пристрій автоматичного регулювання підключений до входу керованого джерела живлення, а вихід останнього з'єднаний з входом генератора високої частоти, при цьому діаметр сушильної камери і її довжина менші від довжини хвилі короткохвильового діапазону у матеріалі твердої ізоляції високовольтного вводу, згідно з корисною моделлю, додатково обладнана системою автоматичного регулювання рівнем потужності відбитої хвилі, яка містить послідовно з'єднані вимірювач коефіцієнта стоячої хвилі, блок обробки інформації і керування та виконавчий пристрій, вихід якого з'єднаний з органом настройки узгоджувального пристрою, та вимірювачем потужностей падаючої та відбитої хвиль, до входу якого підключений вихід генератора високої частоти, при цьому перший вихід вимірювача потужностей падаючої та відбитої хвиль через узгоджувальний пристрій з'єднаний з одним з кінців випромінювача, а другий і третій його виходи підключені до відповідних входів вимірювача коефіцієнта стоячої хвилі. Завдяки обладнанню установки системою автоматичного регулювання рівнем потужності відбитої хвилі, яка містить послідовно з'єднані вимірювач коефіцієнта стоячої хвилі, блок обробки інформації і керування та виконавчий пристрій, вихід якого з'єднаний з органом настройки узгоджувального пристрою та вимірювачем потужностей падаючої та відбитої хвиль, до входу якого підключений вихід генератора високої частоти, при цьому перший вихід вимірювача потужностей падаючої та відбитої хвиль через узгоджувальний пристрій з'єднаний з одним з кінців випромінювача, а другий і третій його виходи підключені до відповідних входів вимірювача коефіцієнта стоячої хвилі, забезпечене постійне протягом всього процесу сушіння твердої ізоляції високовольтнихвводів трансформатора автоматичне регулювання (підстроювання) потужності відбитої хвилі з метою підтримки мінімального значення КСХ в тракті, що запобігає перевантаженню вихідного блока генератора високої частоти і перегріву елементів узгоджувального пристрою. Суть корисної моделі пояснює креслення, на якому схематично зображена установка для сушіння твердої ізоляції високовольтних вводів трансформатора. Запропонована установка для сушіння твердої ізоляції високовольтних вводів трансформатора містить сушильну камеру 1 циліндричної форми з електропровідними стінками 2, яка з обох торців має герметичні знімні фланці 3 і 4. Фланець 3 має центральний отвір 5 для подання СВЧ-енергії до сушильної камери 1, генератор 6 високої частоти, узгоджувальний пристрій 7 з органом 8 настройки, зв'язаний з одним з кінців струмоведучої труби 9 високовольтного вводу, на якій розташована тверда ізоляція 10. Струмоведуча труба 9, яка є випромінювачем короткохвильового діапазону, і узгоджувальний пристрій 7 з'єднані за допомогою коаксіального роз'єму (на кресленні не показаний). Кінці струмоведучої труби 9 зафіксовані в ізоляційних термотривких втулках 11. Установка містить також систему 12 вакуумування сушильної камери 1, ємність 13 для збору конденсату, вимірювач 14 тиску всередині сушильної камери 1, низьковольтний вимірювальний міст 15 для вимірювання тангенсу кута діелектричних втрат, наприклад типу УМ-3 або Е-12а. Для запобігання витоку теплової енергії у відкритий простір на зовнішній поверхні сушильної камери 1 встановлений теплоізолятор 16, наприклад теплоізолятор типу "Вайредмат" товщиною 50мм. Три контактні датчики 17 температури розташовані на поверхні твердої ізоляції 10 таким чином, що середній датчик розташований на однаковій відстані L від країв ізоляції 10, а два других відстоять від найближчих до них країв ізоляції 10 на відстані 0,1L. Вихід кожного з датчиків 17 температури підключений до відповідного входу блока 18 збору і обробки інформації з датчиків температури, вихід якого через пристрій 19 автоматичного регулювання підключений до входу керованого джерела 20 живлення. Вихід останнього з'єднаний з входом генератора 6 високої частоти. Установка для сушіння твердої ізоляції високовольтних вводів трансформатора обладнана системою автоматичного регулювання рівнем потужності відбитої хвилі, яка містить послідовно з'єднані вимірювач 21 коефіцієнта стоячої хвилі, блок 22 обробки інформації і керування та виконавчий пристрій 23, вихід якого з'єднаний з органом 8 настройки узгоджувального пристрою 7, та вимірювачем 24 потужностей падаючої та відбитої хвиль, до входу якого підключений 3 UA 113741 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 вихід генератора 6 високої частоти, при цьому перший вихід вимірювача 24 потужностей падаючої та відбитої хвиль через узгоджувальний пристрій 7 з'єднаний з одним з кінців випромінювача 9, а другий і третій його виходи підключені до відповідних входів вимірювача 21 коефіцієнта стоячої хвилі. Установка працює таким чином. Спочатку розбирають високовольтний ввід і демонтують фарфорові ізолятори. Тепер він має вигляд струмоведучої труби 9 з твердою ізоляцією 10; кінці труби 9 фіксують за допомогою двох ізоляційних термотривких втулок 11 всередині сушильної камери 1. Один з кінців струмоведучої труби 9 під'єднують за допомогою коаксіального роз'єму через центральний отвір 5 фланця 3 до узгоджу вального пристрою 7. Сушильну камеру 1 з електропровідними стінками 2 герметизують за допомогою знімних фланців З і 4, а на її зовнішню поверхню встановлюють теплоізолятор 16. Далі вмикають генератор 6 високої частоти і систему 12 вакуумування. Поступове збільшення вихідної потужності генератора 6 на початку роботи установки дозволяє відрегулювати КСХ в коаксіальній хвильовій лінії на рівні його мінімального значення. В просторі між струмоведучою трубою 9 (випромінювачем) та стінками 2 сушильної камери 1 виникає електромагнітне поле, яке поглинається твердою ізоляцією 10, що підлягає сушінню. В зв'язку з тим, що генератор 6 працює в короткохвильовому діапазоні і довжина його хвилі істотно більша не тільки діаметру сушильної камери 1, але і її довжини, конструкція являє собою неоднорідну коаксіальну хвильову лінію, еквівалентна схема якої являє собою конденсатор, утворений струмоведучою трубою 9 (випромінювачем) та стінками 2 сушильної камери 1. В коаксіальній хвильовій лінії існує суперпозиція падаючої та відбитої хвиль, потужність яких виміряє вимірювач 24. Вихідні сигнали вимірювача 24, пропорційні Рпад. і Рв ідб. , з другого і третього виходів вимірювача 24 надходять на відповідні входи вимірювача 21 коефіцієнта стоячої хвилі. Вихідний сигнал останнього подається на вхід блока 22 обробки інформації і керування, який порівнює значення виміряного КСХ з його заданим пороговим значенням. Якщо КСХ не перевищує порогового значення 1,3-1,4, то сигнал на виході блока 22 відсутній. У процесі сушіння тверда ізоляція 10 нагрівається і волога з неї випаровується в сушильну камеру 1, з якої видаляється за допомогою системи 12 вакуумування в ємність 13 для збору конденсату. Система 12 вакуумування забезпечує тиск на рівні (8-10) кПа, який контролюють за допомогою вимірювача 14 тиску. Завдяки цьому знижується поріг температури інтенсивного випаровування вологи до 50-60 °C. Коли випаровування вологи зменшується, то починає збільшуватись температура твердої ізоляції 10, яка контролюється трьома датчиками 17 температури вздовж всієї довжини твердої ізоляції 10. Сигнали з виходу кожного датчика 17 надходять на відповідний вхід блока 18 збору і обробки інформації з датчиків температури. В разі перевищення заздалегідь встановленого верхнього порогового значення температури 80-100 °C хоча б на одній з ділянок твердої ізоляції 10, вихідний сигнал блока 18 надходить на вхід пристрою 19 автоматичного регулювання. Вихідний сигнал останнього надходить на вхід керованого джерела 20 живлення, який відключає генератор 6 високої частоти. У процесі сушіння, в міру зменшення вологості твердої ізоляції, змінюються і її електричні параметри, зокрема активний і реактивний опір, що призводить до розузгоджування генератора 6 з сушильною камерою 1. В результаті цього збільшується рівень потужності відбитої хвилі, який фіксує вимірювач 24 потужностей, а потім і вимірювач 21 коефіцієнта стоячої хвилі. Вихідний сигнал останнього подається на вхід блока 22 обробки інформації і керування, який порівнює значення виміряного КСХ з його заданим пороговим значенням. При перевищенні встановленого порогу вихідний сигнал блока 22 подається на вхід виконавчого пристрою 23, вихід якого з'єднаний з органом 8 настройки узгоджувального пристрою 7. Виконавчий пристрій 23 провадить підстроювання узгоджувального пристрою 7, зменшуючи рівень потужності відбитої хвилі до тих пір, доки КСХ не зменшиться до свого мінімального значення і вихідний сигнал блока 22 буде відсутнім. Таким чином, протягом всього процесу висушування забезпечується автоматичне підстроювання рівня потужності відбитої хвилі з метою підтримки КСХ в діапазоні його мінімальних значень, що забезпечує захист елементів вихідного каскаду генератора 6 від перевантажень і елементів узгоджувального пристрою 7 від можливого пробою, що підвищує надійність роботи установки. Процес сушіння продовжується, температура твердої ізоляції починає зменшуватися і при досягненні встановленого в блоці 18 збору і обробки інформації з датчиків температури нижнього порогового значення температури 60-70 °C вихідний сигнал блока 18 надходить на вхід пристрою 19 автоматичного регулювання; вихідний сигнал пристрою 19 надходить на вхід керованого джерела 20 живлення, яке включає генератор 6 високої частоти. Процес сушіння твердої ізоляції 10 продовжується до тих пір, доки значення тангенсу кута діелектричних втрат, який вимірюють за допомогою низьковольтного вимірювального моста 15 не досягне свого 4 UA 113741 U заданого значення. Крім цього критерієм закінчення сушіння ізоляції 10 є відсутність виділення конденсату протягом останніх трьох годин сушіння. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 20 25 30 Установка для сушіння твердої ізоляції високовольтних вводів трансформатора, що містить електропровідну циліндричну герметичну сушильну камеру, на зовнішній поверхні якої встановлений теплоізолятор, дві ізоляційні термотривкі втулки для фіксації кінців струмоведучої труби високовольтного вводу, яка є випромінювачем короткохвильового діапазону, генератор високої частоти, узгоджувальний пристрій з органом настройки, зв'язаний з одним з кінців випромінювача короткохвильового діапазону, закріпленого в центральному отворі одного з герметичних знімних фланців, які встановлені з обох торців сушильної камери, систему вакуумування сушильної камери, ємність для збору конденсату, вимірювач тиску всередині сушильної камери, низьковольтний вимірювальний міст, який з'єднаний з твердою ізоляцією високовольтного вводу трансформатора, три контактні датчики температури, які розташовані на поверхні твердої ізоляції високовольтного вводу трансформатора таким чином, що середній датчик розташований на однаковій відстані L від країв твердої ізоляції, а два других відстоять від найближчих до них країв твердої ізоляції на відстані 0,1L, кожний з виходів датчиків температури підключений до відповідного входу блока збору і обробки інформації з датчиків температури, вихід якого через пристрій автоматичного регулювання підключений до входу керованого джерела живлення, а вихід останнього з'єднаний з входом генератора високої частоти, при цьому діаметр сушильної камери і її довжина менші від довжини хвилі короткохвильового діапазону у матеріалі твердої ізоляції високовольтного вводу, яка відрізняється тим, що вона додатково обладнана системою автоматичного регулювання рівнем потужності відбитої хвилі, яка містить послідовно з'єднані вимірювач коефіцієнта стоячої хвилі, блок обробки інформації і керування та виконавчий пристрій, вихід якого з'єднаний з органом настройки узгоджувального пристрою, та вимірювачем потужностей падаючої та відбитої хвиль, до входу якого підключений вихід генератора високої частоти, при цьому перший вихід вимірювача потужностей падаючої та відбитої хвиль через узгоджувальний пристрій з'єднаний з одним з кінців випромінювача, а другий і третій його виходи підключені до відповідних входів вимірювача коефіцієнта стоячої хвилі. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5