МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Расчет ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ Проходных изоляторов
Методические указания
К выполнению курсового проекта по дисциплине
«Эксплуатация, диагностика и ремонт электрооборудования ЭЭС»
Профиль подготовки 140400.68 – Электрические станции, системы и сети
Иркутск
Расчет показателе надежности проходного изолятора. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Эксплуатация, диагностика и ремонт электрооборудования ЭЭС»
профиль подготовки 140400.68 – Электрические станции, системы и сети
Составитель: Насникова И.Г., Чумаков Г.И. – Иркутск.: ИрГТУ, 2011.
ВВЕДЕНИЕ
Курсовой проект по дисциплине «Эксплуатация, диагностика и ремонт электрооборудования ЭЭС» ставит своей целью закрепление и углубление теоретических знаний, полученных студентами при изучении курса лекций, научить использовать учебную, справочную и научно-техническую литературу и развить у них навыки самостоятельной творческой работы при решении конкретных задач.
В процессе выполнения проекта студенты овладевают инженерными методами расчета показателей надежности и долговечности электрической изоляции, уясняют и закрепляют основные теоретические положения и на конкретных примерах.
К основным задачам курсового проектирования относится обеспечение необходимой надежности изделий в процессе эксплуатации.
Исходные данные к проекту выдаются руководителем в начале учебного семестра. Задание на курсовой проект включает в себя:
- тип изоляции;
- номинальное напряжение, кВ;
- номинальный ток нагрузки, А;
- исполнение, категория размещения;
- вероятность безотказной работы внутренней изоляции;
- число перенапряжений в год;
- продолжительность одного перенапряжения, с.
В объем курсового проекта входит расчетно-пояснительная записка (15-20 страниц текста). Расчетно-пояснительная записка должна быть оформлена в соответствии с требованиями ГОСТ 2.105 и ГОСТ 2.106, СТО ИрГТУ.005-2009.
Пояснительная записка должна включать в себя: титульный лист, задание на проектирование, содержание, введение, основную часть, заключение, список литературы, приложения (при необходимости).
Порядок электрического расчета изоляторов конденсаторного типа
В основу электрического расчета положена методика, рассмотренная в [1] с постоянной аксиальной напряженностью электрического поля.
Электрический расчет проводится для проходных изоляторов заданного класса напряжения.
1. Расчетные напряжения для заданного класса выбираются на основании испытательных напряжений по ГОСТ 1516.1-76, 20690-75 (таблица 1) и длительно воздействующего рабочего напряжения.
Таблица 1 – Нормированные испытательные кратковременные напряжения промышленной частоты; действующие значения и импульсные испытательные напряжения; амплитудные значения
| Класс напряжения | Наибольшее рабочее напряжение (линейное) | Испытательное одноминутное напряжение внутренней изоляции вводов | Испытательное напряжение при плавном подъеме для внешней изоляции | Амплитудное значение импульсного испытательного напряжения | ||
| В сухом состоянии | Под дождем | Полный импульс | Срезанный импульс | |||
| 40,5 | ||||||
За расчетное напряжение для аксиальных размеров внешней изоляции можно принять выдерживаемое напряжение в сухом состоянии 
, а за расчетное напряжение для аксиальных размеров внутренней изоляции – испытательное одноминутное напряжение промышленной частоты 
2. Определение габаритных расстояний и длин в верхней и нижней частях ввода
Длина воздушного конца фарфоровой покрышки в сухом состоянии
,
где Uc – напряжение, выдерживаемое изолятором при сухой и чистой поверхности; Ес – средняя выдерживаемая напряженность поля при сухой и чистой поверхности; 1,1- коэффициент, учитывающий разброс разрядных напряжений.
Для номинальных напряжений 35-220 кВ значение Ес принимают в пределах 0,35-0,43 МВ/м. Большее значение соответствует меньшему номинальному напряжению.
Длина воздушного конца фарфоровой покрышки под дождем
,
где Uд – напряжение, выдерживаемое изолятором под дождем; Ед =(2,2-2,8)·105 В/м – средняя выдерживаемая напряженность поля изолятора под дождем.
Длина воздушного конца фарфоровой покрышки по условию перекрытия изолятора на импульсах при полной и срезанной волне
,
где Uимп.полн, Uимп.ср – импульсное напряжение при полном и при срезанном импульсе соответственно; Еимп.полн =0,6-0,52 МВ/м, Еимп.ср =0,9-0,74 МВ/м – средняя выдерживаемая напряженность поля изолятора при полном и срезанном импульсах.
Из четырех полученных значений выбирают большее и принимают его равным lв.
Длину масляного конца фарфоровой покрышки рассчитывают из условия недопустимости перекрытия при Uс по формуле
,
где Uд,с=(6,5-9)·105 В/м – допустимая выдерживаемая напряженность поля в сухом состоянии. Наибольшее значение выбирается при меньших номинальных напряжениях изолятора.
3. Расчет допустимых аксиальных напряженностей
- аксиальная напряженность в верхней части ввода
-аксиальная напряженность в нижней части ввода
- приведенная аксиальная напряженность
4. Длина стержня (расчетная)
Длина фланцевой обкладки
5. Выбор конструкции разделки края обкладки
Выбирается конструкция концевых разделок с дополнительными цилиндрическими обкладками из фольги (манжетами), располагаемыми у краев основных обкладок. Более подробно [1] стр. 26-28.
6. Выбор толщины основного слоя изоляции Δr
Толщина слоя изоляции между манжетами обычно составляет 1 – 2 мм; число манжет от 2 до 5, а толщина основного слоя лежит в пределах от 3 до 6 мм. Длина манжет 40 – 50 см.
7. Выбор допустимых радиальных напряженностей для бумажно-масляной изоляции
- допустимая радиальная рабочая напряженность, кВ/мм
- допустимая радиальная испытательная напряженность, кВ/мм
где Δr принимает равной толщине слоя изоляции между манжетами, мм.
Вследствие наличия большого открытого объема масла около электродов при открытом крае обкладок создаются облегченные условия для развития частичных разрядов. Поэтому значения напряженности Еrр уменьшаются примерно в 1,5 раза, значения Еrи остаются практически без изменения.
8. Выбор расчетного напряжения для радиальных размеров остова
За расчетное напряжение для радиальных размеров внутренней изоляции принимается либо одноминутное испытательное напряжение промышленной частоты (
), либо наибольшее рабочее напряжение (
).
Если
,
где Еrи – допустимая радиальная напряженность при испытательном одноминутном напряжении промышленной частоты, а Еrр – допустимая рабочая напряженность, то за расчетное напряжение при выборе радиальных размеров следует принимать Uраб
,
а допустимая расчетная напряженность
Если
,
то за расчетное напряжение при выборе радиальных размеров следует принимать Uи
а допустимая расчетная напряженность
При выборе расчетного напряжения необходимо учитывать, что системы классов напряжения 110 кВ и выше выполняются с глухим заземлением нейтрали, поэтому для этих систем наибольшим рабочим напряжением является наибольшее фазное напряжение. Для систем с изолированной нейтралью (35 кВ и ниже) наибольшим рабочим напряжением является наибольшее линейное напряжение.
В случае выполнения ввода с манжетами при определении допустимых напряженностей следует учитывать неравномерное распределение напряжения по манжетам, вследствие наличия паразитных емкостей. Коэффициент неравномерности kн1 можно принять равным 1,1 – 1,25. Т.е. значение Еrдоп должно быть уменьшено в kн1 раз.
9. Определение радиуса стержня при α=1 и Еrc=Еr доп
Радиус стержня должен быть проверен по токовой нагрузке для данного аппарата
,
где Iном – номинальный ток проходного изолятора; j – допустимая плотность тока.
Плотность тока принимают в пределах от 0,5 до 2 А/мм2 в зависимости от применяемых электроизоляционных материалов и условий охлаждения. В изоляторах с бумажно-масляной изоляцией плотность тока берут меньше, чтобы уменьшить тепловыделения в токопроводящем стержне.
Из двух полученных значений выбирают большее. Расчетное значение диаметра стержня должно быть округлено до ближайшего большего стандартного диаметра [1]. Если расчетный диаметр оказывается больше предельного стандартного диаметра (100 мм), то на стержень надевается латунная или медная труба с внешним диаметром, близким к расчетному.
Радиус фланца
10. Определение числа конденсаторных обкладок
11. Определение длин уступов
При постоянстве аксиальной напряженности и ΔUк=const длины уступов в верхней и нижней частях изолятора должны быть одинаковы.
Длина уступа в верхней части изолятора
,
где 
- разность потенциалов на каждом слое..
Длина уступа в нижней части изолятора
Расчетная длина уступа
12. Определение длин конденсаторных обкладок
Длины конденсаторных обкладок определяются по формуле
,
где 
- номер обкладки.
13. Расчет радиусов конденсаторных обкладок
Радиус первой обкладки определяется из соотношения
,
где 
.
Радиусы последующих обкладок
14. Определение толщин слоев изоляции
Зная радиусы обкладок, можно определить толщину k-го слоя
Полученные значения должны быть скорректированы с учетом реальной толщины бумажной ленты, из которой наматывается изоляционный слой. Например, при использовании кабельной бумаги толщиной 0,12 мм и намотке изоляции внахлест, толщина одного слоя намотки 
мм. Поэтому все размеры толщин слоев изоляции Δrk должны быть кратны значению 0,24 мм. Кроме того, эти толщины выбираются так, чтобы получить одинаковые емкости между соседними обкладками. В соответствии с корректированными значениями Δrk должны быть уточнены значения rk, которые определяются как
,
начиная с радиуса первого слоя.
После определения длин и радиусов конденсаторных обкладок изолятора необходимо провести проверочный расчет максимальных и минимальных напряженностей в слое.
15. Вычисление максимальных и минимальных радиальных напряженностей в слоях
Максимальные радиальные напряженности во всех слоях
Минимальные радиальные напряженности в слоях
При этом максимальные напряженности в первом и последнем слоях должны совпадать с заданным значением Еrc.
16. Построение кривых зависимостей максимальных и минимальных напряженностей от номера слоя.
Пример зависимости максимальных и минимальных напряженностей от номера слоя на рисунке 1.
Рисунок 1 - Значения радиальных напряженностей в слоях изолятора конденсаторного типа:
o - максимальные напряженности; Δ - минимальные напряженности