高壓套管絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計課程設(shè)計哈理工

1、330kV油紙電容式套管電磁計算與結(jié)構(gòu)設(shè)計專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：學(xué)號：姓名：指導(dǎo)教師：12設(shè)計條件與任務(wù)1. 設(shè)計條件額泄電壓Ux=330kV, L=315A,最大工作電壓Uf363kV, lmin工頻耐壓試驗電壓為570kV干 閃絡(luò)實驗電壓為670kV,溫閃絡(luò)試驗電壓為510kV, 1.2/50全波沖擊試驗電壓為1050kV2. 設(shè)計任務(wù)（1）確左電容芯子電氣參數(shù)1. 絕緣層最小厚度2. 絕緣層數(shù)3. 極板上下臺階長度4. 各層級尺寸5. 溫升6. 熱擊穿電壓（2）選出上下瓷套并進行電氣強度枝枝絕緣（3）畫岀極板布置圖，E-r分布圖以及裝配圖（4）撰寫課程設(shè)計報告一. 設(shè)計原理1.

2、所謂套管就是用來把電流引入或引出變壓器，斷路器或英他設(shè)備的金屬外殼，也用于導(dǎo)體 或母線穿過建筑物或墻壁，英中最常用的是電容式套管，其一般為油紙絕緣和膠紙絕緣套管, 而瓷套是外絕緣，一般認(rèn)為是輔助絕緣（1）電容式套管具有內(nèi)絕緣與外絕緣，其內(nèi)絕緣是主絕緣，外絕緣是瓷套，如外膠紙式變 壓器套管無下瓷套（2）膠紙?zhí)坠艿碾娙菪咀邮怯珊?. 050, 07亳不透汕單面膠紙和具有一左尺寸的電容極板 卷制而成的圓柱電容芯子，一般高壓電容式套管的絕緣層最小厚度為ri. 2mm工頻常溫下膠紙絕緣的tan J W0. 007（3）油紙電容式套管的電容芯子由電纜紙多層鋁箔極板卷制而成的圓柱電容芯子，工頻常 溫下,油紙

3、絕緣的tan 5 W0. 003（4）膠紙?zhí)坠芘c油紙?zhí)坠艿谋容^1機械強度高，法蘭可直接固圧在電容芯子上，結(jié)構(gòu)堅固結(jié)實，可作45°或水平安裝2. 膠紙?zhí)坠艹溆土可?，密封較容易3. 在變壓器中采用時，下部不用下磁套，可以減小尺寸4. 膠紙的耐電皐性強于油紙二. 設(shè)計內(nèi)容1.確左電容芯子電氣參數(shù)（1絕緣層最小厚度還代超高壓電容套管，一般mn取得很薄，約在廣匚2m左右，其目的在于提高套管的局部放電性能和選取較髙的最大工作場強Erm設(shè)膠紙?zhí)坠艿慕^緣厚度為Enn=l. 2mm,油紙?zhí)坠艿慕^緣厚度為1. 2mm（2）£切按最大工作電壓下不發(fā)生有害局部放電這一原則而決定，當(dāng)最小絕緣厚度mm

4、確定即可計算E沏門由式U嚴(yán)k且嚴(yán)£r可得局部放電起始場強其中匕取43 （膠紙）10.6 （油紙）片取4 （膠紙）13.5 （油紙）D同取1. 2mm耳=科爲(wèi)廚= 2.08MV/m （膠紙）E = ?爲(wèi)穿卩出"46MV/m （油紙）對于膠紙?zhí)坠芏裕目扇≈?，取Enn=2. lmv/m,對于油紙?zhí)坠埽蚓植糠烹娪心馨l(fā)展 的特點要求E應(yīng)不低于（1.5-2） Erm ,以保證局部放電性能。取 EniJ =2. 8mv/m當(dāng)dm和決怎后，絕緣層數(shù)n即可按下式求取層數(shù):膠紙：=363 ,=832.1*1.2*73油紙：二=363 =622.8*1.2*>/35 =%施滑閃起始，

5、任何極板在空氣或油中Kh二13. 5時厚度最小絕緣層的滑閃電壓 膠紙：iv = 13.5VL2 = 14.79Z:V14 79與干試電壓相比，安全裕度一:一 = 1.37670/62均滿足校核（3）極板上下臺階長度可根據(jù)經(jīng)驗確定上瓷套長度L,取Ls二272cm干放電平均場強約為0. 3mv/m,貝!|干閃絡(luò)電壓Uf=816kV與干試電壓相比較，安全裕度為816/670<1.22進行濕試電壓校核L二Lb二272cm裙數(shù)n取20裙間距離13. 6cm裙寬度>1二0. 51=6. 8cm裙傾角20°對于高壓套管常用下列經(jīng)驗公式Vj = 3.56Z?77 + 2.65w7

6、6;-8oi / a式中L套管的瓷套的有效高度a裙寬，0000：L裙距，均以厘米來計山二3. 56X2. 72+2. 5X20X13. 6° 8>/2 =871. 5kV大于濕試電壓510kV裕度二1. 7沖擊電壓査圖可知，以上均有足夠裕度，1.2/50全波必二50+5. 06a二50+5. 06X272=1426kV安全裕度：1426/1050=1. 36>1. 0 合格內(nèi)外絕緣的配合，除了內(nèi)絕緣的耐電強度應(yīng)髙于外絕緣以外，還應(yīng)考慮內(nèi)絕緣對外絕緣的電 場調(diào)節(jié)作用，即電場的屏蔽作用，為了屏蔽，電容芯子的接地極板應(yīng)比法蘭高出約為上瓷套 放點距離L,的8. 5-10%而芯子的

7、最內(nèi)層極板贏低于上瓷套的上端蓋約為20-25%的上瓷套放 電距離L“這樣可以減小法蘭和上端蓋附近的電場集中，使上瓷套表而電壓分布較為均勻， 以提髙閃絡(luò)性能。因此，電容極板的上部臺階長度與瓷套的放電距離有如下關(guān)系："入二(8. 510) %L：+(2025)"人 «»65%Li式中L一一上瓷套的放電距離"人一一極板上臺階的總和，在實際設(shè)計中，各臺階長度相等，n為層數(shù)選擇內(nèi)絕緣對上瓷套的屏蔽長度，上端為20%Lb,下端為10紅“則電容芯子的上端絕緣長度nAy =0. 7Lb膠紙：入=0,7 _ 0,7 *272n83=2.3cm油紙:人=0.7n0

8、.7*272""62=3. cm令下臺階為上臺階的60% 膠紙：22=l4cm 油紙：Z2=l. 9cm膠紙：A =3. 7cm汕紙：2=5cm(4) 各層極板尺寸E.= 0.577MV/m (膠紙)-14*83E1=- = 0.569MV/m (油紙)19*62Ws上為在干試下端軸向場強小于平均放電場強0. 65mv/m由于法蘭長度L未作規(guī)泄，可選擇最有利條件§=§=4.1則1oaln =nA = *3.7 = 99c/w (膠紙)n纟-14.1-1I62ln =nA =*5 = 100t7?z (油紙)歹-14.1-1法蘭長度 Lf二Ln-(0 lL

9、b+9)二99-(27+9)二63cm其中9cm為選取對下瓷套的屏蔽長度法蘭長度Lf二64cm (油紙)下瓷套長度膠紙：Lfl =nZ, +9 + 0.1L/ZLh= (8. 3X1. 4+9) /0. 9=139.1cm 取 139cmLO二99+83X3. 7=406. lcm 取 406cm實際 ± = /0/ln =406/99 = 4.1油紙Lh = /込+ 9 + 0.1厶S 二(62X1.9+9) /0. 9=141cmp3 = pn + nA =100+6. 2 X 5=410cm實際上： = /0/ln =406/99 = 4.1補：沖擊電壓校驗1. 2/50金波U

10、s=50+5. 066=50+5. 06X272=1426kv安全裕度：1426/1050=1. 36>1. 0 合格下瓷套閃絡(luò)電壓，可以放電平均場強0. 65mv/m來校正膠紙：Us=1390X0. 65=903. 5kv>670kv油紙:Us二 1410X0. 15=916. 5kv>670kv而入層的極極長度px=L+(n-x)A在等電容的情況下，任何一層的電容為_ 2托務(wù) In _ 2亦芒0 In _ 2亦;£(> In _ 27T£r£() ln式中：Lo最內(nèi)層（零序）極的半徑與長度乙一最外層(接地)極板的半徑與長度兮一相對介電常

11、數(shù)，油紙絕緣3. 5,膠紙3. 8-4. 5匂一真空的電容率，8. 854X00F/m電容式根據(jù)合比左理b d f hb + +m 土1 心in 厶in A1也?0 斤也?；-l 心式中§ =叩心 在一般情況下可取=§ = 1。/1只有當(dāng)§=p時，則取汗P;當(dāng)乞=§時，r(Jo = rn lnP在工作電壓下最內(nèi)層和最外層絕緣工作場強均為E”設(shè)最內(nèi)層絕緣中工作場強為E”時 則由式可得E”=*11 A解出零序極極半徑= * 臨A接地極極半徑/；= 由上式可得7；=皿笙£ 解出極極半徑rt =r()p與嚴(yán) 取彳=4.1 膠紙“需"阿心=4.

12、 4cm=1& 64cm363 .4.1*14853 r，1 ">/3*21406*83油紙“冊“2。5363 * 112053*28 410*62=3.3cm363 *4.1*11205 后28410*62=13.5c/?/12(5)溫升溫升訃算的目的是，校核套管在額左工作條件下最大發(fā)熱溫度不超過材料的耐熱性要求， 一般汕紙為105°C,膠紙為120°C,膠質(zhì)套管最大溫升岀現(xiàn)于浸油部合芯子直徑最粗段，基 本上屬于徑向發(fā)熱。可根據(jù)發(fā)熱量與散熱量平衡來計算導(dǎo)桿附近最大溫度與套管周圍油溫之 差即最大溫升1Q+ 亍 6 Q+Q2欣2龍2花%式中rn 芯子浸

13、油部分最大外半徑心一導(dǎo)桿外半徑2-芯子在油中的表而散熱系數(shù)，一般可取500Q單位長度的導(dǎo)桿發(fā)熱量(w/m), P = I2R.,其中I為額泄電流，R為導(dǎo)桿單位長度有效電阻卩2套管單位長度的介質(zhì)發(fā)熱量(w/m)： P2 = v2ccotg3 . 中v為額左電壓，c為套管電容：s二2 f兀=314,00為在工作狀態(tài)下的介質(zhì)損耗L電容芯子絕緣部分總長度對于膠紙?zhí)坠躵n二 18. 04cm ro=4. 4cm 2 二0. 22p=i2rP導(dǎo)體電阻率Q-nun2 /m 對于銅 P =0. 0181+0. 004 (&-20)&為導(dǎo)體的計算溫度選取額左電流的密度為2A/mm，=2A 二 1

14、/2 二250和 2A有效橫截而積為250mm2,取橫截面積400/n/w2, r=l 1.29m, R=P Xl/AP =0. 018 HO. 004 (120-20) =0. 0252 Q mm2 / mL =lo =4. 06mtan J =0.01 , tan 5膠紙 0. 03-0. 01P = /2r 二 5(X)2Q 0252X1/400=15. 75 (w/m)吐宇)C =2 =378*10-12 F21n 釦 9*10"3 二2 xf 二314p2 = 12.84VV / in2欣2九7；?b1& =+ 4 = 22.6 + 0.5 = 23.1< 2

15、5" C對于汕紙：rn=13. 5cm r0=3. 3cm A =0. 25 sr =3. 5P=0. 018E1+0. 004(105-20)1=0. 024 Qmm7m因為額定電流在2-25 A/血，選取額左電流密度為2 A/mm51/A=2A二500/2二250 mm:有效的橫截面積為250,取橫截面積300 mm：,半徑r=9. 77 mmL=lo=410 cm=4. 1 mtg 5 =0. 005, tg§ 油紙 0. 002-0. 007, X =0. 25PfI：R二500：X0 025 X (1/300)=20 W/m21nr-9*10,膠紙：X 二0. 2

16、2a=0. 04/°Cf=50 r=3. 8tg 5 o=0. 01123=2;rf 二314”2=59W/？氓“O.49 + W5C（6）熱擊穿電壓熱擊穿電壓可以按單向冷卻圓柱體結(jié)構(gòu)的情況計算，由于忽略了軸向散熱，計算值常偏低, 一般可利用?？藷釗舸┕阶鲇嬎?，在交流電壓下其式為式中tg60一一電容芯子在周圍環(huán)境溫度下的介質(zhì)損耗值a 介質(zhì)損耗的溫度系數(shù)入1 £ rif 符號同前<l> （O 一一與結(jié)構(gòu)尺寸和導(dǎo)散熱量有關(guān)的系數(shù)，根據(jù)我國實踐經(jīng)驗，一般套管取“ （c）=0 63因此可得套管的熱擊穿電壓= 1.2*1050.220.04*50*3.8*0.01=20

17、42油紙：X 二0. 25a=0. 07/°Cf=50 e r=3. 5tg 6 o=0. 005膠紙E-為布曲線59-20r(cm)olxIIIIIU'I：；!»!III!MllllllllllB；!；!iiimiiiHilllllllllll：；：!Hill lllll lllllllllll lllll llllllIlli lllll lllllIIIIV1 lllhl IKallllllll llllll iiiiii mill llllliniiiiii iiiiiiiii iniiiiiiiiiiiiiiiii lllllllllll iiiiiiii

18、iiiiiiiiiiii iiiiiiiiii lllllllllllllllll lllllllllll lllllllllllillllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllIIIIIIIIII iiiiiaiin iiiiiiiiii iiiiiiiiiia:iiiiiii mu mu iiiiiiiiiiii mu mu iiiiiiiiiiii mu mu iiiiiiiiiiii mu mu iiiiiiiiiiiiiiii iiiiiiiiii iiiiiiiii iiiiiiiiiimill iiiiii iiiiiiIlli Illi I

19、lli lllll Illi Illi Illi Illi lllll Illi 1111 Illi lllll Illi Illi Illi lllll lllll Illi nil ini mi Illi inMl Illi Illi lllll Illi lllll lllll Illimi lllll inn mil mi HIIIIIIIIIII lllllllllll lllllllllll lllllllllll lllllllllll lllllllllllllllll llllll llllll lllllliiiiiib, ilium llllllll iiiiiiii i

20、iiiiiii iiiiiii iiiiiiii iiiiiiii IIIIIIII iiiiiiii iiiiiiii iiiiiiii iiiiiiii iiiiiiii IIIIIIII iiiiiiii111111111111111111111 iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii iniiiiiiir'minimwi lllllllllll iiiiiiiiiii iiiiii

21、iiiii iiiiiiiiii iiiiiiiiiii iiiiiiiiiii illilllllll iiiiiiiiiii iiiiiiiiiii iiiiiaiiiii iiiiiiiiiii iiiiiiiiiii lllllllllll iiiiiiiiiiiiiiiiiiii iiiiiiiii iiiiiiiii iiiiiiiii iiiiiiiii lllllllll iiiiiiiiiiiiiiiiii iiiiiiiii iiiiiiiii lllllllll iiiiiiiiiiiiii mu iiiiii iiiii lllll iiiiii iiiii iiiii

22、 iiiiii iiiii Iliiiii mu iiiiii mil lllll iiiiii iiiii iiiii iiiiii iiiii ii»>illllllllllll llllllllllll llllllllllll llllllllllll llllllllllll llllllllllll llllllllllll llllllllllll llllllllllll lllllllllllllllllllllll iiiiiiiiiii imiiinii iiiiiiiiiii llllillllll iiiiiiiiiii iiiiiiiiiii imi

23、aiir: IIIIIVUIIinniiiiiii mini iiiiii iiiiiiiiiiiiii iiiiiii iiiiiii iiiiiiimullmulllll0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718192030252015105012表1 膠紙層Lx (cm)Rx (cm)Er (kV/ cm)層Lx (cm)Rx (cm)Er(kV/cm)04064.402142250.611. 1313.41402.34. 5220.843246.911.3213.42398.64. 6420.344247.511.7113.43394. 94. 771

24、9.945239.511.713.44396.24.919.646235.811.8913.45387.55. 0319.247232. 112. 0813.46383.85. 1618.948228.412. 2613.47380. 15.318.649224.712. 4513.48376.45.4318. 45022112. 6413.49372.75. 5718. 151217.312. 8312.5103695.7117.852213.613. 0213.511165.35. 8517.653209.913. 2013.512361.66. 0017.654206.213. 3913

25、.613357.96. 1517.055202.513. 5713.714354. 26.316.856198.813. 7613.715350.56.4518.657195. 113.9413.816346. 86.616. 158191.414. 1313.917343. 16. 7616.259187.714.3114.018339.46.7116.06018414.4914. 119335.77. 0715.861180.314.6714.2203327. 2315.662176.614.8614.321328.37. 2315.662176.614. 8414.322324.67.

26、5915.364169.215. 1914.623320.97. 7215. 165165.515. 3714.724317.27. 8915.066161.815. 5414.925313.58. 0614.867158. 115. 7015. 126309.88. 2314.768154.415. 8715.327306. 18.4114. 669150.716. 0315.528302.48. 5814.57014716. 2015.829298.78. 7514.471143. 316. 3516.0302958. 9314. 272139.616.5116.331291.39. 11

27、11. 173135.916. 6616.632287.69. 2911. 074132.216. 8216.933283.99.4711. 075128.516. 9617.234280.29. 6513.976124.817. 1117.635276.59. 8313.877121. 117. 2518.036272.810. 0213.778117.417. 3918.437269. 110. 2013.779113.717. 5318.838265.410. 3913.68011017. 6619.339261.710. 5713.681106.317. 7919.84025810. 7613.5182102.617.9120.441254.310. 9513.5839918. 0421表2油紙層Lx (cm)Rx (cm)Er (kV/ cm)層Lx (cm)Rx (cm)Er(kV/cm)04103. 3028322508. 4717.914053. 4227.4332458. 6617.924003. 5526.73424