高壓套管絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計課程設(shè)計報告哈理工

1、. -330kV 油紙電容式套管電磁運(yùn)算與構(gòu)造設(shè)計專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：學(xué)號：指導(dǎo)老師： 設(shè)計條件與任務(wù)1.設(shè)計條件 額定電壓 UA=330kV ,I N=315A ,最大工作電壓 Um=363kV ,1min 工頻耐壓試驗(yàn)電壓為 570kV干閃絡(luò)試驗(yàn)電壓為 670kV,溫閃絡(luò)試驗(yàn)電壓為 510kV,1.2/50 全波沖擊試驗(yàn)電壓為 1050kV 2.設(shè)計任務(wù)（1）確定電容芯子電氣參數(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 . . word.zl-. -6.熱擊穿電壓（2）選出上下瓷套并進(jìn)展電氣強(qiáng)度枝枝絕緣（3）畫出極板布置圖,E-r 分布圖

2、以及裝配圖（4）撰寫課程設(shè)計報告一設(shè)計原理1.所謂套管就是用來把電流引入或引出變壓器,斷路器或其他設(shè)備的金屬外殼,也用于導(dǎo)體或母線穿過建筑物或墻壁,其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)為是幫助絕緣（1）電容式套管具有絕緣與外絕緣,其絕緣是主絕緣,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 毫不透油單面膠紙和具有肯定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 11.2mm 工頻常溫下膠紙絕緣的 tan0.007 （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

3、電容芯子,工頻常溫下,油紙絕緣的tan0.003 （4）膠紙?zhí)坠芘c油紙?zhí)坠艿谋葦M 1.機(jī)械強(qiáng)度高,法蘭可直接固定在電容芯子上,構(gòu)造鞏固牢固,可作 45 或水平安裝 2.膠紙?zhí)坠艹溆土可?密封較簡單 3.在變壓器中采納時,下部不用下磁套,可以減小尺寸 4.膠紙的耐電暈性強(qiáng)于油紙二設(shè)計容1.確定電容芯子電氣參數(shù)（1）絕緣層最小厚度仍代超高壓電容套管,一般dmin取得很薄,約在11.2m 左右,其目的在于提高套管的局min部放電性能和選取較高的最大工作場強(qiáng)E rm設(shè)膠紙?zhí)坠艿慕^緣厚度為E rm=1.2mm ,油紙?zhí)坠艿慕^緣厚度為1.2mm （2）E rm按最大工作電壓下不發(fā)生有害局部放電這一原那么而

4、打算,當(dāng)最小絕緣厚度d確定即可運(yùn)算Erm,由式Ukk 1d0.45r可得局部放電起始場強(qiáng)E kUkk 10.55d0.45 rd其中 k1取 4.3膠紙 10.6油紙D 同取 1.2mm r取 4膠紙 13.5油紙. . word.zl-. -4.3E k 0.45 0.55 2.08 MV/m 膠紙4 *1.2E k 0.45 10.60.55 5.46 MV/m 油紙3.5 *1.2對于膠紙?zhí)坠芏?E rm 的可取值,取 E rm =2.1mv/m ,對于油紙?zhí)坠?因局部放電有能開展的特點(diǎn)要求 E 應(yīng)不低于 1.5-2E rm,以保證局部放電性能；取 E rm =2.8mv/m 當(dāng) dm

5、m 和 E rm 打算后,絕緣層數(shù) n 即可按下式求取U UnU E rm d min層數(shù)：膠紙：nd3633832.1*1.2*油紙：n3633622.8*1.2*Ukkh滑閃起始,任何極板在空氣或油中Kh=13.5 時厚度最小絕緣層的滑閃電壓膠紙：Uw13.5 1.214.79 kV1.37與干試電壓相比,平安裕度14.79670 / 62均滿意校核3極板上下臺階長度可依據(jù)經(jīng)受確定上瓷套長度 L B,取 Ls=272cm 干放電平均場強(qiáng)約為 0.3mv/m ,那么干閃絡(luò)電壓 Uf=816kV 與干試電壓相比擬,平安裕度為 816/670 1.22 進(jìn)展?jié)裨囯妷盒：薒=Lb=272cm 裙數(shù)

6、 n 取 20 裙間距離 13.6cm 裙寬度 =0.5l=6.8cm 裙傾角 20對于高壓套管常用以下經(jīng)受公式Vs0.77 3.56 L2.65 nl0.8a 1/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U3=3.56 2.72 0.77+2.5 20 13.6 0.82 =871.5kV . word.zl-大于濕試電壓510kV 裕度 =1.7 . . -沖擊電壓查圖可知,以上均有足夠裕度,1.2/50 全波US=50+5.06a=50+5.06 272=1426kV 平安裕度： 1426/1050=1.361.0 合格外絕緣的協(xié)作, 除了絕緣的耐電強(qiáng)度應(yīng)高

7、于外絕緣以外,仍應(yīng)考慮絕緣對外絕緣的電場調(diào)劑作用, 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(diǎn)距離 L1 的 8.5-10%而芯子的最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 1,這樣可以減小法蘭和上端蓋鄰近的電場集中,使上瓷套外表電壓分布較為勻稱,以提高閃絡(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：n1=8.510%L1+2025%L 1=L 1 n165%L1 式中 L 1上瓷套的放電距離n1極板上臺階的總和,在實(shí)際設(shè)計中,各臺階長度相等,n 為層數(shù)挑選絕緣對上瓷套的屏蔽長度,度n1=0.7Lb 上端為 20%LB

8、,下端為 10%LB,那么電容芯子的上端絕緣長膠紙：10.7LB0.7*2722.3 cmn83油紙：10.7LB0.7*2723.1 cmn62令下臺階為上臺階的60膠紙：2=1.4cm 油紙：2=1.9cm 膠紙：=3.7cm 油紙：=5cm 4各層極板尺寸E 26700.577MV/m膠紙0.65mv/m 由于法蘭長度L 未作規(guī)定,可選14*83E 26700.569MV/m 油紙19*62Ws 上為在干試下端軸向場強(qiáng)小于平均放電場強(qiáng)擇最有利條件rl4.1那么. word.zl-ln11n831*3.799cm膠紙4.1. . -ln11n621*5100cm 油紙4.1法蘭長度 Lf=

9、Ln-0.1Lb+9=99-27+9=63cm 其中 9cm 為選取對下瓷套的屏蔽長度法蘭長度 Lf=64cm 油紙下瓷套長度膠紙：LHn290.1 LHLh= 8.3X1.4+9/0.9=139.1cm 取 139cm L0=99+83X3.7=406.1cm 取 406cm 實(shí)際上 l 0 / l n 406 / 99 4.1油紙 L H n 2 9 0.1 L HL H = 62 1.9+9/0.9=141cm 3 n n =100+6.2 5=410cm 實(shí)際上：l 0 / l n 406/ 99 4.1補(bǔ)：沖擊電壓校驗(yàn) 1.2/50 金波Us=50+5.066=50+5.06 272

10、=1426kv 平安裕度： 1426/1050=1.361.0 合格下瓷套閃絡(luò)電壓,可以放電平均場強(qiáng) 0.65mv/m 來校正膠紙： Us=1390 0.65=903.5kv670kv 油紙： Us=1410 0.15=916.5kv670kv 而入層的極極長度xL nnx 在等電容的情形下,任何一層的電容為Ck2r/0ln2r0ln.2rr/0ln.2rnr/0lnlnrr0lnr2/r 1lnxrx1lnr n1式中： Lo最層零序極的半徑與長度nr 最外層接地極板的半徑與長度r相對介電常數(shù),油紙絕緣 3.5,膠紙 3.8-4.5 0真空的電容率,8.854 00F/m 電容式依據(jù)合比定理

11、naceg.aceg.l1l2.lnlx.lnlnx1lxAbdfhbdfh.lnr 1lnr 2r xr nlnrx. r 0r 1rx1rn1r0. word.zl-. -式中rnr/r ,在一般情形下可取 0rll / l 0n,只有當(dāng)l時,那么取l；當(dāng)rl時,r l o or nln1,在工作電壓下最層和最外層絕緣工作場強(qiáng)均為E rm設(shè)最層絕緣中工作場強(qiáng)為E rm時那么由式可得ErmU*Anr 0l1解出零序極極半徑r 0U*AErml n 1接地極極半徑rnU*rAErmln由上式可得rxr0l1lxx2A解出極極半徑rxr 0l1lxx2A取r4.1膠紙Al1l n148532ln

12、lr0r =4.4cm nr363*4.1*1485318.64cm3 *21406*83油紙Al1l n112052lnrr0363*112053.3cmnr363*4.1*1120513.5 cm3*28410*623*28410*625溫升溫升運(yùn)算的目的是,校核套管在額定工作條件下最大發(fā)熱溫度不超過材料的耐熱性要求,一般油紙為105,膠紙為120,膠質(zhì)套管最大溫升顯現(xiàn)于浸油部合芯子直徑最粗段,根本上屬于徑向發(fā)熱； 可依據(jù)發(fā)熱量與散熱量平穩(wěn)來運(yùn)算導(dǎo)桿鄰近最大溫度與套管四周油溫之差即最大溫升式中. 1. word.zl-12221rn22lnr nr 0nr 芯子浸油局部最大外半徑. -0r

13、 導(dǎo)桿外半徑-芯子在油中的外表散熱系數(shù),一般可取P500 1單位長度的導(dǎo)桿發(fā)熱量w/m ,2 I R .,其中 I 為額定電流, R 為導(dǎo)桿單位長度有效電阻2套管單位長度的介質(zhì)發(fā)熱量 w/m ；P 22 v c tg.其中 v 為額定電壓, c 為套管電容；=2f=314,00 為在工作狀態(tài)下的介質(zhì)損耗L電容芯子絕緣局部總長度對于膠紙?zhí)坠躵n=18.04cm ro=4.4cm =0.22 2P I R 導(dǎo)體電阻率 mm 2 / m 對于銅 =0.0181+0.004-20 2為導(dǎo)體的運(yùn)算溫度選取額定電流的密度為 2A/mmI 2=2 A=I/2=250 mmA2 2有效橫截面積為 250 mm

14、 ,取橫截面積 400 mm , r=11.29m,R= l/A =0.018H0.004120-20=0.0252 mm 2 / mL =lo =4.06m tan=0.01 ,tan膠紙 0.03-0.01 o 25CP2 I R =50020.0252 1/400=15.75 w/m 11378*1012Frl02lrC2lnr9*10=2f=314 1rn222.60.523.1p 212.84 W/m112222lnr nr 0對于油紙：rn=13.5cm r0=3.3cm =0.25 r=3.5 =0.0181+0.004105-20=0.024 mm 2/m 由于額定電流在 2-

15、25 A/mm 2,選取額定電流密度為 2 A/mm 21/A=2 A=500/2=250 mm 2 有效的橫截面積為 250,取橫截面積 300 mm 2,半徑 r=9.77 mm . . word.zl-. -L=l 0=410 cm=4.1 m tg=0.005,tg 油紙0.002-0.007,=0.25 P1=I2R=5002 0.025 1/300=20 W/m 0.6121.1o 25CC2lnrl02lr11351*1012Fr9*10=2f=314 p 25.9 W/m112221r n220.492r nlnr 06熱擊穿電壓熱擊穿電壓可以按單向冷卻圓柱體構(gòu)造的情形運(yùn)算,由

16、于忽視了軸向散熱,運(yùn)算值常偏低,一般可利用?？藷釗舸┕阶鲞\(yùn)算,在溝通電壓下其式為Uf1.9*105afrtan0 kV式中 tg0 電容芯子在四周環(huán)境溫度下的介質(zhì)損耗值 a 介質(zhì)損耗的溫度系數(shù) 1r1f 符號同前 c 與構(gòu)造尺寸和導(dǎo)散熱量有關(guān)的系數(shù),依據(jù)我國實(shí)踐經(jīng)受,一般套管取 c=0.63 因此可得套管的熱擊穿電壓Uf1.2*105afrtan0tg0=0.01 . word.zl-膠紙： =0.22 a=0.04/ f=50 r=3.8 Uf1.2*1050.22204 kV0.04*50*3.8*0.01油紙： =0.25 a=0.07/ f=50 r=3.5 tg0=0.005 .

17、. -層Lxcm Rxcm 表 1 膠紙Rxcm ErkV/cm ErkV/cm 層Lxcm 0 406 4.40 21 42 250.6 11.13 13.4 1 402.3 4.52 20.8 43 246.9 11.32 13.4 . 2 398.6 4.64 20.3 44 247.5 11.71 13.4 . word.zl-3 394.9 4.77 19.9 45 239.5 11.7 13.4 4 396.2 4.9 19.6 46 235.8 11.89 13.4 5 387.5 5.03 19.2 47 232.1 12.08 13.4 6 383.8 5.16 18.9 4

18、8 228.4 12.26 13.4 7 380.1 5.3 18.6 49 224.7 12.45 13.4 8 376.4 5.43 18.4 50 221 12.64 13.4 9 372.7 5.57 18.1 51 217.3 12.83 12.5 10 369 5.71 17.8 52 213.6 13.02 13.5 11 165.3 5.85 17.6 53 209.9 13.20 13.5 12 361.6 6.00 17.6 54 206.2 13.39 13.6 13 357.9 6.15 17.0 55 202.5 13.57 13.7 14 354.2 6.3 16.

19、8 56 198.8 13.76 13.7 15 350.5 6.45 18.6 57 195.1 13.94 13.8 16 346.8 6.6 16.4 58 191.4 14.13 13.9 17 343.1 6.76 16.2 59 187.7 14.31 14.0 18 339.4 6.71 16.0 60 184 14.49 14.1 19 335.7 7.07 15.8 61 180.3 14.67 14.2 20 332 7.23 15.6 62 176.6 14.86 14.3 21 328.3 7.23 15.6 62 176.6 14.84 14.3 22 324.6 7

20、.59 15.3 64 169.2 15.19 14.6 23 320.9 7.72 15.1 65 165.5 15.37 14.7 24 317.2 7.89 15.0 66 161.8 15.54 14.9 25 313.5 8.06 14.8 67 158.1 15.70 15.1 26 309.8 8.23 14.7 68 154.4 15.87 15.3 27 306.1 8.41 14.6 69 150.7 16.03 15.5 28 302.4 8.58 14.5 70 147 16.20 15.8 29 298.7 8.75 14.4 71 143.3 16.35 16.0

21、. -30 295 8.93 14.2 72 139.6 16.51 16.3 31 291.3 9.11 14.1 73 135.9 16.66 16.6 32 287.6 9.29 14.0 74 132.2 16.82 16.9 33 283.9 9.47 14.0 75 128.5 16.96 17.2 34 280.2 9.65 13.9 76 124.8 17.11 17.6 35 276.5 9.83 13.8 77 121.1 17.25 18.0 36 272.8 10.02 13.7 78 117.4 17.39 18.4 37 269.1 10.20 13.7 79 11

22、3.7 17.53 18.8 38 265.4 10.39 13.6 80 110 17.66 19.3 39 261.7 10.57 13.6 81 106.3 17.79 19.8 40 258 10.76 13.51 82 102.6 17.91 20.4 41 254.3 10.95 13.5 83 99 18.04 21 表 2 油紙. 層Lxcm Rxcm ErkV/cm 層Lxcm Rxcm ErkV/cm . word.zl-0 4103.30 28 322508.47 17.9 14053.42 27.4 332458.66 17.9 24003.55 26.7 342408.85 17.8 33953.68 26.0 352359.04 17.8 43903.81 25.5 362309.23 17.8 53853.94 25.0 372259.42 17.9 63804.08 24.4 382209.60 17.9 73754.22 23.9 392159.79 18.0 83704.36 23.5 402109.98 18.1 93654.50 23.1 4120510.17 18.2 103604.65 22.6 4220