Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция. Общие положения электрического расчета

Выбор расчетных напряжений

С целью уменьшения размеров остова изолятора и расхода материалов за расчетное напряжение для аксиальных размеров внешней изоляции (размеров фарфоровых покрышек), если они могут быть испытаны отдельно, принимают выдерживаемое напряжение в сухом состоянии , а за расчетное напряжение для аксиальных размеров внутренней изоляции - испытательное одноминутное напряжение промышленной частоты, которым испытывается каждый изолятор . За расчетное напряжение для радиальных размеров внутренней изоляции принимается либо одноминутное испытательное напряжение промышленной частоты U_ucп либо наибольшее рабочее напряжение U_pаб.

Если

, (1)

где - допустимая радиальная напряженность при испытательном одноминутном напряжении промышленной частоты, а - допустимая рабочая напряженность, то .

Если

, (2)

то

.

Рассмотрим элементарный цилиндрический конденсатор, образованный двумя соседними обкладками, одна из которых имеет радиус и длину h, а вторая - радиус и длину . Уступ складывается из уступа в верхней части изолятора и уступа в нижней части изолятора , то есть . При расчете изолятора удобно ввести приведенную аксиальную напряженность , где - падение напряжения на рассматриваемом конденсаторе.

Соотношение между аксиальными напряженностями по поверхности внутренней изоляции в верхней и нижней части ввода и и приведенной аксиальной напряженностью может быть получено из следующих условий:

, (3)

из которых находим

. (4)

Элементарный конденсатор, образуемый слоем длиной и радиусами и имеет емкость

. (5)

Заряд этого конденсатора

, (6)

где

- радиальная напряженность электрического поля.

Поскольку для каждого из конденсаторов , то при постоянной радиальной напряженности уравнение (6) представляет собой уравнение гиперболы, связывающей радиусы и длины конденсаторных обкладок:

. (7)

Выбор длин обкладок по уравнению (7) приводит к резкой неравномерности аксиальной напряженности.

В связи с этим изоляторы чаще всего выполняются таким образом, чтобы обеспечить постоянство продольной напряженности электрического поля . Для этого длины обкладок выбираются так, чтобы получить одинаковые емкости между обкладками и одинаковые разности потенциалов на каждом слое, при этом уступы также принимаются одинаковыми.

Выбор размеров фарфоровых покрышек и определение допустимых продольных напряженностей

На рис.2 приведен эскиз изолятора с принятыми обозначениями его основных продольных размеров. Продольные размеры фарфоровых покрышек выбираются на основании зависимостей разрядного напряжения от размеров разрядных расстояний по воздуху (см. рис.3) с учетом коэффициента запаса 1,11,15. Согласно рис.3 аксиальная напряженность по фарфору в воздухе может быть принята равной 33,5 кВ/мм. Длина внутренней изоляции (остова) в верхней части ввода выбирается несколько меньшей и равной . Этим достигается экранировка верхней части ввода (верхней головки) и фланца, что затрудняет образование скользящих разрядов на наружной поверхности. Длина нижней части остова (внутри фарфоровой покрышки) может быть выбрана по кривым разрядных напряжений по поверхности изоляции в масле при различных конструкциях краев обкладок (рис.4). При открытых краях обкладок (кривая 2 на рис.4) разрядные напряженности по поверхности существенно выше, в среднем около 20 кВ/см, по сравнению с 6-8 кВ/см при закрытых краях обкладок (кривая 1). По этим кривым с коэффициентом запаса 1,11,5 может быть выбрана длина внутренней поверхности изоляции в нижней части ввода . Длина фарфоровой покрышки в нижней части ввода принимается равной .

Рис.3. Зависимость разрядного напряжения внешней изоляции высоковольтных аппаратов от расстояния.

Рис.4. Зависимость разрядного напряжения в масле по поверхности изоляторов конденсаторного типа от разрядного расстояния: 1 - для изоляции с закрытыми краями обкладок; 2 - для изоляции с открытыми краями обкладок

По установленным значениям и могут быть определены допустимые продольные напряженности:

;

Выбор допустимых радиальных напряженностей. Выбор радиальных напряженностей в изоляции конденсаторного типа определяется в основном характеристиками частичных разрядов.

Для обычных обкладок без специальных разделок на краю напряженности возникновения начальных и критических ч. р. зависят только от толщины слоя. По характеристикам ч. р. допустимые рабочие и испытательные радиальные напряженности и для закрытого края обкладок без устранения краевого эффекта могут быть определены по следующим формулам:

для бумажно-масляной изоляции

, (9)

для бумажно-бакелитовой изоляции

, (10)

для обоих видов изоляции

, (11)

где - толщина слоя в миллиметрах, - кВ/мм.

Согласно формулам (9) - (11) напряженность начальных и критических ч. р. повышается с уменьшением толщины слоя изоляции; пробивная напряженность, вследствие наличия ослабленных мест в изоляции, начиная с определенного предела, падает с уменьшением этой толщины, поэтому необходимо выбирать оптимальную толщину слоя, которая при использовании кабельной бумаги толщиной 0,08-0,12 мм по опытным данным равна 1-2 мм.

При выполнении обкладок со специальными разделками краев можно существенно уменьшить краевой эффект и увеличить толщину слоя изоляции между обкладками. Для этой цели применяется уменьшение толщины слоя между обкладками путем разделения изоляции при помощи дополнительных цилиндрических обкладок из фольги, располагаемых у краев основных обкладок.

На рис.5 приведен эскиз расположения дополнительных обкладок - цилиндрических колец из фольги, называемых "манжетами", - между основными обкладками.

В случае выполнения ввода с манжетами при определении допустимых напряженностей следует учитывать неравномерное распределение напряжения по манжетам, вследствие наличия паразитных емкостей , и т.д. Коэффициент неравномерности легко определяется расчетом распределения напряжения по цепочке эквивалентных емкостей:

,

где - падение напряжения на первом дополнительном слое (между наружной основной и первой дополнительной обкладками); - падение напряжения на к-м основном слое; - число дополнительных слоев.

продольная напряженность радиальная конденсаторный

Рис.5. Эскиз расположения дополнительной системы обкладок (манжет) между основными конденсаторными обкладками

Обычно k_Hi составляет 1,1-1,25. Уменьшение величины к_п1 может быть достигнуто увеличением длины манжет, но эта длина ограничивается технологическими соображениями и по возможности не должна превосходить 40-50 см. Коэффициент неравномерности следует определять для худшего случая (наибольшего уступа).

В конструкциях концевых разделок с манжетами допустимые радиальные напряженности определяются по формулам (9) - (1l), в которых принимается равной толщине слоя изоляции между манжетами. При этом должна быть учтена неравномерность распределения напряжения, то есть значение должно быть уменьшено в раз. В итоге применение манжет приводит к значительному увеличению при существенно больших толщинах слоев изоляции между основными обкладками.

Размещено на Allbest.ru