Расчёт проходного изолятора конденсаторного типа

Министерство Науки и Образования РФ

Федеральное агентство по образованию 

Новосибирский Государственный  Технический Университет 

 
 
 
 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ 

по курсу  Изоляция электротехнического оборудования и основы её проектирования 

«Расчёт проходного изолятора  конденсаторного  типа» 
 
 
 
 

Кафедра: ТЭВН

Факультет: ФЭН

Группа: Эн1-64

Студент: Приймак В.В.

Преподаватель: Щеглов Н.В.

Отметка о защите: 
 
 
 
 

Новосибирск

2010

СОДЕРЖАНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ..........................................................................................................3

1. Исходные данные...........................................................................................5
2. Электрический расчёт проходного изолятора
1. Выбор расчётных напряжений и допустимых напряжённостей.........6
2. Выбор продольных размеров проходного изолятора...........................8
3. Расчёт радиальных размеров ввода с постоянной аксиальной напряжённостью.......................................................................................10
4. Выбор фарфоровой покрышки и экрана...............................................14
5. Расчет дополнительных обкладок…………………………………...16
3. Тепловой расчёт проходного изолятора ....................................................17
4. Эскиз проходного изолятора.........................................................................29

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………….30

Список использованной литературы..................................................................31  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    ВВЕДЕНИЕ

    Проходные изоляторы применяются для ввода  высокого напряжения внутрь металлических  баков (трансформаторы, реакторы, конденсаторы, выключатели), а также для изоляции шин при проходе через стены  распределительных устройств.

    Один  из недостатков проходных изоляторов – крайне неравномерное распределение  радиальной и аксиальной напряженности  электрического поля. Наибольшая напряжённость  возникает у края фланца, где она  направлена в основном вдоль поверхности  изоляции ввода:

     , где                                            (1.1)

     - средняя радиальная напряжённость;  - толщина диэлектрика; - диэлектрическая проницаемость твёрдого диэлектрика и среды.

    Из  формулы (1.1) следует, что при неизменной напряжённость растёт пропорционально . Как только у края фланца превысит допустимую, возникают местные разряды в виде короны или скользящих разрядов, приводящие к разрушению изоляции и возможным радиальным пробоям и продольным перекрытиям. Поэтому при конструировании вводов ВН необходимо применять искусственные меры для обеспечения большей равномерности радиальной напряженности.

    Применение  изоляторов конденсаторного типа позволяет  получить требуемое распределение  напряжения при помощи металлических  обкладок, закладываемых в изоляции в процессе намотки. Использование  конденсаторных обкладок позволяет  достигнуть значительного сокращения размеров изоляторов, особенно их диаметров, что важно, так как в этом случае можно применять фарфоровые покрышки сравнительно малого диаметра [1].

    Проходные изоляторы конденсаторного типа (в частности, с бумажно-масляной изоляцией) применяются на 110 кВ и  выше. Изменяя размеры, число, взаимное расположение металлических обкладок можно менять ёмкость и тем самым характер распределения напряжения, как по толщине, так и по поверхности изоляции.

    Изоляторы такого типа изготавливаются путём  намотки на трубу ввода слоёв подсушенной кабельной бумаги, между которыми располагаются обкладки из алюминиевой фольги толщиной 0,014мм. Бумага наматывается лентами вполнахлёста или с рулона шириной, равной высоте изоляции ввода. После намотки бумага срезается уступами в нижней и верхней части изоляционного остова. Затем следует тщательная вакуумная сушка и пропитка дегазированным трансформаторным маслом.

    Для облегчения процесса сушки и пропитки изоляции целесообразно применять  перфорированную фольгу.

    Верхняя и нижняя части остова помещаются в фарфоровые покрышки, обычно применяется  бесфланцевое крепление покрышек путём затяжки всей конструкции на стержне ввода с помощью пружин, расположенных в верхней части ввода, и нажимных гаек. Тепловое расширение длины трубы компенсируется пружинами за счёт их упругости. Стягивающие пружины должны создавать такое усилие, чтобы при транспортировке и подъёмах ввода не наблюдалось смещение фарфора относительно стержня. Между фарфором и металлическими деталями располагаются прокладки из маслостойкой резины.

    По  конструктивному исполнению вводы  делятся на герметичные и негерметичные. В верхней части негерметичных вводов устанавливается расширитель для компенсации расширения масла. Он снабжён гидрозатвором, воздухоосушителем и указателем уровня масла. В герметичных вводах имеются компенсаторы давления, встроенные в конструкцию или выполненные в виде выносных баков давления. Бак давления соединён с вводом гибким трубопроводом. 
 

1. ИСХОДНЫЕ  ДАННЫЕ

 
 
 
 

Ввод в реактор  поперечной компенсации с манжетами. 

     Содержание  расчётно-пояснительной записки:

1. Определение геометрических размеров ввода ( ; ; ; без коррекции толщины изоляции).
2. Расчет зависимостей и .
3. Тепловой расчет ввода, определение температуры тепловой устойчивости.
4. Заключение о возможности использования БМИ в данной конструкции.

     Объем и содержание графической части  проекта:

1. Построить зависимости и .
2. Построить диаграмму для оценки тепловой устойчивости изоляции конденсаторного типа.
3. Выполнить эскиз проходного изолятора конденсаторного типа с БМИ.

 
 
 
 
 
 
 
 

2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРОХОДНОГО ИЗОЛЯТОРА

 

1. Выбор расчётных напряжений и допустимых напряжённостей

    Проходные изоляторы рассчитываются на основании  испытательных напряжений и длительно  воздействующего рабочего напряжения по       ГОСТ 1516.1-76 для  класса напряжения 330 кВ.

    Выбираем  испытательные напряжения изоляторов с нормальной изоляцией, испытываемых отдельно [2, стр.37, табл.8]:

 - испытательное напряжение изоляторов в сухом состоянии;

 - одноминутное испытательное напряжение промышленной частоты;

  – наибольшее  рабочее фазное  напряжение.                                                                                                        (2.1)

    При определении продольных (аксиальных) размеров внешней изоляции за расчетное  напряжение принимаем испытательное (выдерживаемое) напряжение в сухом состоянии , т.е. 

    Расчетным напряжением для радиальных размеров внутренней изоляции может быть либо одноминутное испытательное напряжение промышленной частоты , либо наибольшее рабочее напряжение , в зависимости от того, какое из них является определяющим. Система, в которой будет установлен данный ввод (330 кВ), работает с глухозаземленной нейтралью, поэтому наибольшим рабочим напряжением является наибольшее фазное напряжение.

    Определяющим  будет испытательное напряжение , если выполняется условие ,

    где - допустимая радиальная напряженность при испытательном одноминутном напряжении промышленной частоты;

     - допустимая рабочая напряженность.

    Для изоляции с острым закрытым краем  обкладки допустимая напряженность  равна:

                             (2.2)

                          (2.3)

     где толщина слоя, мм.

     Выбор расчетного напряжения: 
 

     - условие выполняется, следовательно  .

    Расчетные напряжения:

         
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Выбор продольных размеров

    Продольные  размеры изолятора определяются высотой фарфоровых покрышек в верхней  и нижней частях ввода.

    Высоту  фарфоровой покрышки верхней части  ввода (расстояние по воздуху между верхним экраном и соединительной втулкой-фланцем) определяем, используя экспериментальную зависимость амплитудных значений разрядного напряжения от расстояния [1, стр.13, рис.2.3]. 

    Для выбранных размеров необходимо ввести коэффициент запаса 1,1…1,15, учитывающий  число параллельно работающих элементов  и колебания метеорологических  условий:

                                 (2.4)

    Необходимо  провести проверку на отсутствие перекрытия при грозовых импульсах:

 - испытательное напряжение  полного грозового импульса  [2, стр.37, табл.8],

- испытательное напряжение  срезанного грозового импульса  [2, стр.37, табл.8].

     Значения  напряженности при воздействии  данных импульсов на изоляцию ввода при :

                            (2.5)

                                         (2.6)

          Рассчитанные значения напряженности превышают допустимые [1, стр.12], поэтому необходимо увеличить высоту фарфоровой покрышки в верхней части ввода до 3,0 м.

          Значения напряженности  при воздействии данных импульсов на изоляцию ввода при :

                                 (2.7)

                                         (2.8)

Полученные  значения не превышают допустимые, следовательно .

     Для затруднения возникновения скользящих разрядов по наружной поверхности длина  внутренней изоляции в верхней части  ввода выбирается:

                                  (2.9)

      Высота  фарфоровой покрышки в нижней части  ввода  определяем, используя кривые разрядных напряжений вдоль поверхности в масле [1, стр.14, рис.2.4], также с учетом коэффициента запаса :