Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВПО

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Кафедра ФТЭМК

расчет ввода

Расчетно-пояснительная записка

к курсовому проекту по курсу

«расчет, конструирование и системы электрической изоляции»

Студент: С. С. Хлопотин Группа: ЭЛ-14м-11

Преподаватель: С.В. Серебрянников

Москва 2015 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Задание на курсовой проект

1. Расчет внутренней изоляции

2. Расчет внешней изоляции

3. Тепловой расчет

4. Описание технологического процесса изготовления ввода

Список используемой литературы



Задание

Трансформаторный ввод

Тип изоляции: бумажно-пропитанная

Uн = 750 кВ

Iн = 1000 A

Рассчитать внутреннюю и внешнюю изоляции, сделать электрический и тепловой расчет ввода, описание технологического процесса изготовления ввода

1. Расчет внутренней изоляции

По табл. 2.10 «Нормированные испытательные напряжения изоляторов с нормальной изоляцией испытываемых отдельно от трансформаторов, реакторов и аппаратов» [1] найдем испытательное напряжение: Uисп = 950 [кВ];

Выбираем толщину одного слоя внутренней изоляции. Кабельная бумага - КМ-120 (содержание пустот в бумаге считаем равным 25%, толщина бумаги h = 0.12 [мм], количество листов бумаги n принимаем 9). Тогда толщина одного слоя внутренней изоляции: d = 1,08 [мм];

Определим допустимые напряженности электрического поля:

[МВ/м];

[МВ/м];

[МВ/м];

Полученные значения не превышают допустимые ( [МВ/м], [МВ/м], [МВ/м])

Принимаем в масляной части внутренней изоляции и в воздушной ее части допустимые значения аксиальной напряженно равными: Eа,м = 1.25 [МВ/м]; Еа,в = 0,55 [МВ/м];

Число слоев определяют из условия отсутствия начальной ионизации и скользящих разрядов. Возьмем толщину одного слоя d = 1,08 [мм]:

Из двух значений следует выбрать наибольшее, поэтому количество слоев N = 111;

Расчет радиуса токоведущей трубы ввода, выполненной из меди.

Для тока 1000 [А] плотность тока J = 1.5 [A/мм²], а толщину трубы Принимаем равную = 5 [мм];

;

[мм²];

;

;

r_вн = 23,7 [мм]

Определим общий радиус и толщину изоляции:

[мм];

[мм];

Найдем длины верхней l_в и нижней l_м частей изоляции. При этом дополнительно увеличим на 0.5 м верхнюю и нижнюю части изоляции для уменьшения аксиальной напряжённости:

[мм];

[мм];

Тогда длины уступов будут равны;



[мм];

[мм];

Найдем длину последней обкладки из формулы:

, приняв [мм], тогда [мм];

Рассчитаем емкость каждого слоя и всей внутренней изоляции:

Принимаем е_r=5,625;

;

[пФ];

;

;

;

;

;

Рассчитаем падение напряжения на каждом слое по формуле:

;

Рассчитаем Eа,м, Еа,в, Еr по формулам:

;

[МВ], [МВ]

Результаты расчетов приведены в таблице 1.

2. Расчет внешней изоляции вводов

Длины верхней и нижней фарфоровых покрышек:

[мм];

[мм];

Для проверки расчета воспользуемся эмпирическими формулами:

;

;

Принимаем, а = 7•10^-2 [м], тогда t = 2•a=0,14 [м], [м];

Количество ребер

Принимаем, n = 17. Тогда:

[МВ];

[МВ];

3. Тепловой расчет

изоляция ввод труба омический

Определим t_тр при 20 [°C] через график t_в(t_тр), задавая разные температуры трубы.

Зададим температуру трубы:

t_тр = 60 [°C];

Активное сопротивление трубы на длину 1 [м]:

[мм²];

;

[Ом/м];

[1/K]- температурный коэффициент сопротивления металла;

[°C];

Омические потери в трубе:

;

Определим следующие параметры для всех слоев:

, где

- Из графика зависимости от температуры. [2]

t_x - температура слоя

б - коэффициент выведен из системы уравнений =

[рад/с]

Диэлектрические потери в изоляции для каждого слоя:

;

Тепловое сопротивление слоя:

_;

;

Температура на внутренней поверхности каждого слоя:

;

Перепад температуры между наружной поверхностью фарфоровой покрышки и окружающим воздухом:

[°С];

_н - наружный радиус покрышки. (Складывается из толщины внутренней изоляции, масляного промежутка и толщины внешней изоляции - покрышки.)

;

= 15 - 17 [] - коэффициент теплоотдачи с поверхности фарфора в окружающий воздух;

Принимаем:

= 17 [];

t_в = t_тр - У - = 60 - 15,75 - 0,5845 = 43,66 [°С];

Зададим температуру трубы:

t_тр = 40 [°C];

Активное сопротивление трубы на длину 1 [м]:

[мм²];

[];

[Ом/м];

[1/K] - температурный коэффициент сопротивления металла;

[°C];

Омические потери в трубе:



;

Определим следующие параметры для всех слоев:

, где

- Из графика зависимости от температуры [2]

t_x - температура слоя;

б - коэффициент выведен из системы уравнений =;

[рад/с];

Диэлектрические потери в изоляции для каждого слоя:

;

Тепловое сопротивление слоя:

_;

;



Температура на внутренней поверхности каждого слоя:

;

Перепад температуры между наружной поверхностью фарфоровой покрышки и окружающим воздухом:

[°С];

_н - наружный радиус покрышки. (Складывается из толщины внутренней изоляции, масляного промежутка и толщины внешней изоляции - покрышки.)

[];

= 15 - 17 [] - коэффициент теплоотдачи с поверхности фарфора в окружающий воздух;

Принимаем:

= 17 [];

t_в = t_тр - У - = 40 - 14,65 - 0,5431 = 24,80 [°С];

Зададим температуру трубы:

t_тр = 25 [°C];

Активное сопротивление трубы на длину 1 [м]:

[мм²];

[];

[Ом/м];

[1/K] - температурный коэффициент сопротивления металла;

[°C];

Омические потери в трубе:

;

Определим следующие параметры для всех слоев:

, где

- Из графика зависимости от температуры. [2]

t_x - температура слоя;

б - коэффициент выведен из системы уравнений =;

[рад/с]

Диэлектрические потери в изоляции для каждого слоя:

;



Тепловое сопротивление слоя:

_;

;

Температура на внутренней поверхности каждого слоя:

;

Перепад температуры между наружной поверхностью фарфоровой покрышки и окружающим воздухом:

[°С];

_н - наружный радиус покрышки. (Складывается из толщины внутренней изоляции, масляного промежутка и толщины внешней изоляции - покрышки.)

[];

= 15 - 17 [] - коэффициент теплоотдачи с поверхности фарфора в окружающий воздух;

Принимаем:

= 17 []

t_в = t_тр - У - = 25 - 13,83 - 0,5124 = 10,65 [°С];

Получив зависимость t_в(t_тр):



t_тр = 34,9 [°С], при t_о = 20,02 [°C]. Полученное значение температуры соответствует допустимой рабочей температуре изоляции.

Результаты расчетов приведены в таблице 2.

Напряжение при тепловом пробое ввода можно определить по методу А.М.Залесского.

Удельные диэлектрические потери в бумажно-масляной изоляции изменяются по закону:

с_я = с₀e^б(t-t0);

с₀ = (1.5-2.0)·10^-7 [] - потери при t₀ = 40 [°C] (для бумажно-масляной изоляции). Принимаем:

с₀ = 2,0·10^-7 [];

Пробивное напряжение при тепловом пробое будет:

U_пр = ·f(г)·e^{-0,5·б·(tв-t0)};



б = 0.02 [°C^-1] - температурный коэффициент диэлектрических потерь;

л₁ = 0.2-0.25[] - коэффициент теплопроводности бумажно-масляной изоляции;

Принимаем:

л₁ = 0.25[];

Для определения функции f(г) необходимо найти вспомогательные величины m и г:

m = ;

л₂ = 1 [] - коэффициент теплопроводности фарфоровой покрышки и слоя масла между внутренней изоляцией и фарфором;

k_т - коэффициент теплоотдачи с поверхности фарфора. Принимаем:

= 17 [];

S = r_нln = 0.14358·ln = 0,05399 [м²];

S₁ = r_фln = 0.1906·ln = 0,25865 [м²];

m = = = 1,30852

Принимаем:

m = 1.4, определяем по какой кривой выбор f(г);

f(г) = 0,2

г определим из уравнения:

г = P_тр = 31,2187· = 0,15324;

U_пр = ·f(г)·e^{-0,5б(tв-t0)} = ·0,2·e^{-0,5·0,02·(19,9247-40)} = 2,56397[МВ];

Полученное значение напряжения теплового пробоя является допустимым, так как [МВ]

4. Описание технологического процесса изготовления ввода

Основными металлическими частями маслонаполненных вводов являются: соединительные втулки, изготовленные из стали или сплава на основе алюминия, соединительные трубы, изготовленные из латуни или проводниковой меди, корпуса компенсаторов давления и ряд более мелких деталей.

Все детали, изготовленные из стали, должны иметь защитные гальванические или стойкие лакокрасочные покрытия. Так, для защиты стальных деталей вводов от коррозии и уменьшения каталитического воздействия на окисление изоляционного масла во вводе их покрывают лакокрасочными материалами. Для этого необходимо соответствующим образом подготовить поверхность металлических деталей вводов: соединительные втулки, пружины, верхние экраны и д.р.

Подготовка поверхностей металлических деталей необходима для получения качественного лакокрасочного покрытия, обладающего хорошим сцеплением (адгезией) с металлической поверхностью. Для этого все детали, поступившие в отделение окраски, очищают от остатков формовочной земли, ржавчины и других загрязнений. Очистку деталей, из стали и цветных металлов производят пескоструйной обработкой или вращающимися стальными щетками с последующим обдувом их сжатым воздухом. После этого металлические детали поступают в моечную камеру, в которой их промывают в водном растворе кальцинированной соды. Обезжиренные и помытые в моечной камере детали поступают в камеру сушки, а затем на окраску. В зависимости от габаритов ввода стальные спиральные пружины перед окраской трижды испытывают на полное сжатие (смыкание) их витков при сжимающих нагрузках 38-270МПА. После трехкратного испытания каждую из пружин сжимают рабочей нагрузкой и выдерживают в течение 1 мин. После испытаний у каждой из испытанных пружин не должно наблюдаться остаточной деформации, в противном случае пружину бракуют. На очищенную поверхность стальных деталей сначала наносят (краскораспылителем) два слоя грунта Фл-03К. Первый слой грунта после нанесения сушится 3ч при температуре 70°С, второй слой 1ч при 80°С. На детали из цветных металлов грунт Фл-03К наносят непосредственно на очищенную и обезжиренную поверхность. Вязкость наносимых краскораспылителем грунтов должна быть 18-20с по вискозиметру В3-4 при 20-25°С, а при нанесении кистью вязкость грунта должна быть 30-36с.

На наружную поверхность нижних экранов вводов на напряжения 330, 500 и 750 кВ наносят горячим распылением изоляционный слой эпоксидной смолы. Он позволяет уменьшить напряженности электрического поля, действующей у наружной поверхности экранов.

Одним из основных элементов всякого ввода являются покрышки, изготовленные из электротехнического фарфора. Перед сборкой вводов торцевые поверхности фарфоровых покрышек шлифуют на горизонтальных станках (типа токарных), но вместо резца используют вращающийся абразивный круг из зеленого карбида кремния на керамической связке. Фарфоровую покрышку закрепляют на стальной штанге (оправке) кулачками с толстыми резиновыми прокладками. После пуска станка фарфоровая покрышка и абразивный круг вращаются навстречу друг другу. Место их соприкосновения все время охлаждается холодной водой.

Все отшлифованные покрышки подвергаются гидравлическим испытаниям водой давлением 0.4 МПа в течении 5 мин. Окрашенные металлические детали и годные фарфоровые покрышки поступают на сборку вводов.

Сборка вводов 750 кВ производится следующим образом:

- металлические детали ввода (соединительная втулка, труба и др.), а также фарфоровые покрышки предварительно испытать давлением 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 нанести гальваническое или лакокрасочное покрытия, а торцевые поверхности фарфоровых покрышек, в случае замены последних, шлифовать абразивными кругами;

- поверхности деталей, соприкасающиеся с изоляционным минеральным маслом (поддон, соединительная втулка и др.), покрывать маслостойким грунтом с последующей запечкой их при повышенной температуре;

- внутренние и торцевые поверхности фарфоровых покрышек тщательно протереть;

- подготовить кольцевые прокладки из маслостойкой резины, а также прокладки из электротехнического картона толщиной 2 мм;

- круговые выемки в соединительной втулке и других металлических деталях ввода очистить и обезжирить нелетучим растворителем;

- выемки и прокладки из электротехнического картона покрыть равномерным слоем специального клея;

- соединить нижнюю фарфоровую покрышку с нижним фланцем соединительной втулки, проложив кольцевую резиновую прокладку и прокладки из электротехнического картона, скрепить нажимное кольцо с фланцем соединительной втулки болтами, резьбовые соединения смазать консервирующей смазкой;

- под нижнюю фарфоровую покрышку установить страховочное приспособление от возможного отрыва фарфоровой покрышки от соединительной втулки, выполненное в виде стального диска с отверстием и кольцевой резиновой прокладкой под нижнюю часть фарфоровой покрышки и четырьмя стальными стержнями с гайками, соединенными с опорным фланцем соединительной втулки;

- на нижнюю часть нижней фарфоровой покрышки надеть стальное кольцо (вкладыши механического крепления и прокладку из электротехнического картона, в круговые выемки верхнего фланца соединительной втулки уложить кольцевую прокладку из маслостойкой резины и прокладку из электротехнического картона );

- на фланец соединительной втулки уложить кольцо, поместить во втулку высушенный изоляционный сердечник таким образом, чтобы окно, вырезанное в бумажной изоляции сердечника, разместилось бы на одной оси с отверстием для вывода, расположенным на соединительной втулке;

- одеть нажимное кольцо, вставить вкладыши, навернуть диск до упора с прокладками и, затянуть стяжные болты, одеть резиновую прокладку, латунный фланец и гайку;

- установить под трубу домкрат и освободить верхнюю часть трубы от подъемного устройства;

- ввернуть пробку, выпустить протяжные вводы, отцентрировать изоляционный сердечник относительно соединительной втулки двумя центрирующими металлическими вкладышами и четырьмя винтами, которые необходимо закрыть накидными гайками;

- припаять к медному поясу крайней обкладки сердечника ввода проводник вывода для измерения tgд, на верхний фланец соединительной втулки уложить прокладки и установить верхнюю фарфоровую покрышку, поставить нажимное кольцо, вкладыши и затянуть болты;

- на верхнюю покрышку положить прокладку из электротехнического картона и сверху разместить диск с двумя резиновыми прокладками, надеть поддон со спиральными пружинами и нажимным диском, одеть на трубу латунный диск с установочными винтами и затянуть пружины до заданной высоты (обратить внимание, что высота трубы над диском должна быть равна 90 мм; излишки трубы необходимо аккуратно удалить ножовкой и края зачистить напильником, чтобы опилки не попали во внутреннюю часть ввода);

- навернуть на конец трубы латунную контактную шпильку и фланец с резиновой прокладкой, затянуть пружины установочными винтами до заданного предела, на латунном диске расположить бумажно-бакелитовый цилиндр и гофрированную диафрагму с нажимным фланцем и нарезными шпильками с гайками и шайбами;

- выполнить вакуумную обработку ввода, и провести электрические испытания;

- установить колпак и закрепить его на контактной шпильке разрезной латунной гайкой, затем в цилиндрическое отверстие контактной шпильки вставить цилиндрическую хвостовую часть клеммы с контактными болтами, шайбами и гайками, и закрепить ее в шпильке двумя стяжными болтами гайками;

- отверстие в контактной шпильке закрыть нарезной пробкой с уплотняющей прокладкой и шайбой;

- подсоединить ввод к вакуумной и масляной линиям в соответствии;

- создать во вводе вакуум при остаточном давлении не более 133,3 Па (1 мм рт.ст.), проверить ввод на натекание воздуха в течение 10 мин., которое не должно быть более 667 Па (5 мм рт.ст.), продолжить вакуумную обработку ввода в течение 24 часов при остаточном давлении 133,3 Па (1 мм рт.ст.);

- провести гидравлические испытания ввода под давлением 0,4 МПа в течение 1 часа, осмотреть;



Список литературы

Н.С. Костюков Электрические изоляторы М.: Энергоатомиздат 1984 - 296стр.

В.С. Дмитревский Расчет и конструирование электрической изоляции М.: Энергоиздат 1981 - 392стр.

Размещено на Allbest.ru