Расчет проходного изолятора конденсаторного типа

Продольные размеры изолятора определяются высотой фарфоровых покрышек в верхней H_в и нижней Н_н частях ввода. Высоту фарфоровой покрышки верхней части ввода H_в (расстояние по воздуху между верхним экраном и соединительной втулкой-фланцем) определяем, используя экспериментальную зависимость амплитудных значений разрядного напряжения от расстояния [1]:

д = 1,5 м.

Для выбранных размеров необходимо ввести коэффициент запаса 1,1 - 1,15, учитывающий число параллельно работающих элементов и колебания метеорологических условий. Необходимо провести проверку на отсутствие перекрытия при грозовых импульсах:

- U_гр.п = 1200 кВ - испытательное напряжение полного грозового импульса;

- U_гр.ср = 1400 кВ - испытательное напряжение срезанного грозового импульса.

Значения напряженности при воздействии данных импульсов на изоляцию ввода при H_в = 1,5 • 1,15 = 1,725 м:

;

. (5)

Рассчитанные значения напряженности превышают допустимые (), поэтому необходимо увеличить высоту фарфоровой покрышки в верхней части ввода до 3,0 м. Значения напряженности при воздействии данных импульсов на изоляцию ввода при H_в = 3,0 м:

;

. (6)

Полученные значения не превышают допустимые, следовательно H_в = 3,0 м. Для затруднения возникновения скользящих разрядов по наружной поверхности длина внутренней изоляции в верхней части ввода выбирается:

. (7)

Высота фарфоровой покрышки в нижней части ввода Н_н определяем, используя кривые разрядных напряжений вдоль поверхности в масле, также с учетом коэффициента запаса k_зап = 1,15 [1]:

l = 0,29 м;

. (8)

Длина фарфоровой рубашки нижней части ввода с учетом экранировки:

. (9)

Аксиальная напряженность по поверхности внутренней изоляции в верхней и нижней части ввода:

; (10)

; (11)

, (12)

где - активная длина внутренней части изолятора.

Длина обкладки у стержня h_c и длина обкладки у фланца h_ф связаны следующим образом:

; (13)

; (14)

. (15)

2.3 Расчет радиальных размеров ввода с постоянной аксиальной напряженностью

В качестве токоведущего стержня в проходных изоляторах конденсаторного типа используем медную трубу. Рассчитываем радиус токоведущего стержня при б = 0,8:

. (16)

Допустимая плотность тока для меди:

. (17)

Сечение токоведущего стержня определяется из выражения:

. (18)

Принимаем толщину стенки токоведущего стержня равной 3 мм. Тогда внутренний радиус:

r_вн = 55 - 3 = 52 мм.

Тогда сечение определиться следующим образом:

F = р(r_н² - r_вн²) = 3,14 • (55² - 52²) = 1008 мм². (19)

Токоведущий стержень ввода выполнен из медной трубы со следующими размерами:

d_вн = 104 мм;

d_н = 110 мм.

Радиус фланца рассчитывается по формуле:

r_ф = r_c • о • б = 55 • 3,6 • 0,8 = 158,4 мм. (20)

Число слоев изоляции:

(21)

Длины уступов выполняются одинаковыми (E_н = const), а толщина слоя выбирается так, чтобы обеспечить постоянство ёмкости слоя и разности потенциалов. Разность потенциалов в слое равна:

(22)

Считаем длины уступов в верхней и нижней частях ввода:

; (23)

. (24)

Расчетная (приведенная) длина уступа:

. (25)

Длина промежуточных конденсаторных обкладок в направлении от стержня к фланцу:

h_k = h_c - k • ?h, (26)

где k - номер слоя, h₁ = 398 - 7,603 = 350,397 см - длина первой от стержня обкладки.

Определяем радиусы обкладок и толщины слоя:

. (27)

Радиус первой от стержня обкладки определяется из соотношения:

, (28)

откуда:

; (29)

. (30)

Рассчитаем максимальную и минимальную напряжённости в слоях:

; (31)

. (32)

Далее рассчитываем напряженности по слоям:

; (33)

. (34)

Дальнейшие аналогичные расчеты представим в таблице 1.

Таблица 1. Результаты расчетов напряженностей по слоям

Рисунок 1. Распределение радиальной напряженности (максимальной и минимальной) в конденсаторных обкладках высоковольтного ввода

2.4 Выбор фарфоровой покрышки

Между наружной поверхностью остова и внутренним радиусом соединительной втулки и фарфоровой покрышки должен существовать зазор, необходимый по технологии сборки и для циркуляции масла. Поэтому внутренний радиус соединительной втулки и фарфоровой покрышки принимаем на 15…30 мм больше наружного радиуса изоляции:

?₃ = 30 мм;

R_вн.ф = r₃₄ + 30 = 175,146 + 30 = 205,146 мм. (35)

Внутренний диаметр фарфоровых покрышек имеет дискретные значения, кратные 5 мм. Внутренний радиус фарфоровой покрышки:

R_вн.ф = 205 мм.

Наружный радиус фарфоровой покрышки принимаем больше на толщину стенки фарфора, т.е. на 40 мм:

?_ф = 40 мм;

R_н.ф = R_вн.ф + ?_ф = 205 + 40 = 245 мм. (36)

Высота соединительной втулки:

H_вт = h_ф 0,1(H_в + H_н ) = 99,5 0,1(300 + 44,467) = 65,053 см. (37)

Полная высота ввода:

H = H_в + H_н + H_вт = 300 + 44,467 + 65,053 = 4,1 м. (38)

Определяем число ребер, которое необходимо иметь:

m = 1,5 + 0,065U_ном = 1,5 + 0,065•330 = 22,95. (39)

Округляем полученное значение до ближайшего большего целого значения: m = 23. Соотношение между вылетом ребра и расстоянием между рёбрами принимается равным а/b = 1,6 (для нормальных условий эксплуатации). Оптимальный угол наклона ребра лежит в пределах 15 - 26. На концах аппаратных и трансформаторных вводов устанавливаются экраны. Размеры экрана определяем из условия отсутствия коронного разряда при наибольшем рабочем напряжении (U_нб.раб = 363 кВ). Для шарового экрана радиусом R_экр = 0,1H = 0,1 • 4,1= 0,41м напряжение начала короны U_н.к = 1400кВ ? U_нб.раб.

2.5 Расчет дополнительных обкладок

Определим емкости между дополнительными обкладками:

; (40)

; (41)

; (42)

; (43)

. (44)

Коэффициент деления:

. (45)

Определим падение напряжения на первом дополнительном слое:

. (46)

Тогда коэффициент неравномерности определиться:

. (47)

Коэффициент неравномерности не превышает допустимых значений.

Рисунок 2. Схема к расчету дополнительных обкладок

Заключение

В настоящей работе Разработан проходной изолятор конденсаторного типа на напряжение 330 кВ, включающий в себя: расчет проходного изолятора, детально проработанной конструкцией верхней его головки и сборкой вводов с бумажно-масляной изоляцией на напряжение 330 кВ. Проходные изоляторы служат для ввода высокого напряжения внутрь металлических баков высоковольтных силовых трансформаторов, шунтирующих и токоограничивающих реакторов, масляных выключателей, конденсаторов и других видов оборудования высокого напряжения, для кабельного подключения трансформаторов, а также для изоляции шин при проходе их через стены распределительных устройств. Проходные изоляторы (в частности, вводы в высоковольтных аппаратах и трансформаторах), в отличие от других изоляторов, имеют весьма неблагоприятное расположение электродов, приводящее в простейшем случае к крайне неравномерному распределению радиальной и аксиальной напряженности электрического поля. Для облегчения технологического процесса сушки и пропитки изоляции целесообразно применение для обкладок перфорированной фольги. При этом характеристики частичных разрядов для изоляции со сплошной и перфорированной фольгой практически одинаковы. Это объясняется тем, что ч.р. начинаются на краях обкладок, где поле сильнее, и поэтому перфорация фольги не ухудшает заметно характеристик в изоляции.

Фарфоровые покрышки конструируются таким образом, чтобы получить наибольшие величины разрядных напряжений. Толщина стенки фарфора зависит от диаметра изолятора и определяется механическими нагрузками, которым подвергается изолятор в эксплуатации. В зависимости от типа проходного изолятора толщина стенки фарфора составляет 30 - 50 мм. Между внутренней поверхностью фарфоровой покрышки и внешней поверхностью изоляционного остова имеется зазор для обеспечения циркуляции масла и технологии сборки изолятора. Толщина зазора в месте наибольшего диаметра изоляционного остова обычно составляет 15 - 25 мм.

Изоляторы конденсаторного типа часто используются для измерения рабочего напряжения. Для этого от ближайшей к фланцу конденсаторной обкладки делается отпайка, к которой присоединяется измерительный прибор или относительно низковольтный трансформатор напряжения. При конструировании изолятора с приспособлением для измерения напряжения (ПИН) предусматривается специальный вывод для этой отпайки около среднего фланца. В выводе через проходной фарфоровый изолятор пропущен провод, присоединенный к предпоследней (измерительной) обкладке. Последняя фланцевая обкладка наглухо заземляется внутри ввода. Толщина изоляции между последней и предпоследней обкладками выбирается так, чтобы получить нужное соотношение емкости между ними и основной емкостью изолятора (требуемый коэффициент деления напряжения).

Металлические детали ввода (соединительная втулка, труба и др.), а также фарфоровые покрышки подвергают предварительным гидравлическим испытаниям под давлением в 0,5 МПа в течение 15 мин. В случае обнаружения течи у данной детали ввода она бракуется. На высушенную и очищенную поверхность всех металлических деталей наносят гальванические или лакокрасочные покрытия, а торцевые поверхности фарфоровых покрышек шлифуют абразивными кругами.