Расчёт проходного изолятора конденсаторного типа

          ,

                              (2.10)

     Длина фарфоровой рубашки нижней части  ввода с учетом экранировки:

                             (2.11)

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

                              (2.12)

                             (2.13)

                                (2.14)

    где - активная длина внутренней части изолятора.

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

          

                              (2.15)

                             (2.16)

      Примем 

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 :

                 (2.17)

     Полученный  радиус стержня округляем до ближайшего стандартного радиуса в соответствии с ГОСТ 617-72 «Трубы медные. Технические условия»: 

     Допустимая  плотность тока для меди:

                 (2.18)

     Сечение токоведущего стержня определяется из выражения:

                              (2.19)

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

     Тогда сечение определиться следующим  образом:

                 (2.20)

     Полученное  значение больше минимально допустимого ().

     Токоведущий стержень ввода выполнен из медной трубы со следующими размерами: 
 

     Радиус  фланца рассчитывается по формуле:

                          (2.21)

     Число слоев изоляции:

                                 (2.22)

     Округляем полученное значение до большего целого числа: 

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

                                    (2.23)

     Считаем длины уступов в верхней и  нижней частях ввода:

                                    (2.24)

                                    (2.25)

     Расчетная (приведенная) длина уступа:

                                  (2.26)

     Длина промежуточных конденсаторных обкладок в направлении от стержня к  фланцу:

                                                  (2.27)

     где k – номер слоя.

      - длина первой  от стержня обкладки.

     Определяем  радиусы обкладок и толщины  -го слоя:

                        (2.28)

     Радиус  первой от стержня обкладки определяется из соотношения:

      откуда

                   (2.29)

                          (2.30)

    Радиус последующих обкладок вычислим по формуле:

     .                                       (2.31)

    По  известным радиусам обкладок можно  получить толщины к-го слоя:

           .                                              (2.32)

     Без учёта коррекции толщины бумажной ленты, из которой наматывается изоляция, рассчитаем максимальную и минимальную  напряжённости в слоях:

,                                         (2.33)       

,                                           (2.34)

     Далее рассчитываем напряженности по слоям:

                       (2.35)

                    (2.36)

     Дальнейшие  аналогичные расчеты представим в виде таблицы, где:

        – длина обкладки, см;

        – радиус обкладки, мм;

        – толщина  -го слоя, мм;

       и  – максимальная и минимальная напряженности в слоях ввода, . 
 
 
 
 
 
 

    Таблица 1

    Результаты  расчетов напряженностей по слоям

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

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: 

                      (2.37)

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

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

                           (2.38)

     Высота  соединительной втулки:

          (2.39)

     Полная  высота ввода:

           (2.40)

     Определяем  число ребер, которое необходимо иметь:

               (2.41)

     округляем полученное значение до ближайшего большего целого значения: .

     Соотношение между вылетом ребра  и расстоянием между рёбрами принимается равным (для нормальных условий эксплуатации).

     Оптимальный угол наклона ребра лежит в  пределах .

     На  концах аппаратных и трансформаторных вводов устанавливаются экраны. Размеры экрана определяем из условия отсутствия коронного разряда при наибольшем рабочем напряжении (). Для шарового экрана радиусом  напряжение начала короны  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. Расчет  дополнительных обкладок

     Рис.2. К расчету дополнительных обкладок.

     Определим емкости  между дополнительными  обкладками:

                  (2.42)

                (2.43)

                      (2.44)

                              (2.45)

                   (2.46)

     Коэффициент деления:

                             (2.47)

     Определим падение напряжения на первом дополнительном слое:

                               (2.48)

     Тогда коэффициент неравномерности определиться:

                                (2.49)

     Коэффициент неравномерности не превышает допустимых значений. 
 
 
 
 

3. Тепловой  расчет проходного изолятора

 

    Аксиальные  размеры изолятора существенно  больше радиальных, поэтому можно принять, что тепловое поле изолятора радиально, то есть вся теплоотдача осуществляется только в радиальном направлении. Расчет проводится для установившегося теплового режима. В эксплуатации температура изолятора увеличивается как за счет тепла, выделяемого в токоведущем стержне, так и за счет тепла, выделяемого в изоляции (диэлектрические потери). Если тепловыделение в изоляционной конструкции превышает теплоотвод в окружающую среду, температура изоляции возрастает и наступает пробой. Обычно тепловой пробой наступает в установившемся режиме, когда время приложения напряжения превышает постоянную времени нагрева изоляции.

     В соответствии с приложением [1, стр.27, табл.4.3], коэффициент теплопроводности масла , коэффициент теплопроводности фарфора , коэффициент теплоотдачи с фарфоровой поверхности в воздухе принимают следующие значения:

     

,    ,    .

     Активное  сопротивление стержня  на единицу его длины при температуре , и температурный коэффициент сопротивления материала стержня [1, стр.27, табл.4.3]:

     

,   .

     Тепловое  сопротивление масляной прослойки  равно: