Вводами называются проходные изоляторы на напряжения 35 кВ и выше со сложной внутренней изоляцией. Вводы применяются в качестве проходных изоляторов трансформаторов, выключателей и других аппаратов. Основными характеристиками ввода являются номинальное напряжение, рабочий ток и во многих случаях допустимая механическая нагрузка на токоведущий стержень.
Ввод представляет собой конструкцию с внешней и внутренней изоляцией. К внешней изоляции относятся промежутки в атмосферном воздухе вдоль поверхности изоляционного тела, к внутренней – участки в самом изоляционном теле, а также промежутки вдоль поверхности изоляционного тела, находящиеся внутри корпуса, если последний заполнен газообразным или жидким диэлектриком. Конструкция внутренней изоляции ввода оказывает большое влияние и на характеристики его внешней изоляции. Например, от числа и размеров дополнительных электродов, располагаемых в изоляционном теле для регулирования электрического поля, зависит характер изменения напряженности вдоль поверхности изолятора и, следовательно, разрядные напряжения его внешней изоляции.
Изоляционное тело служит одновременно и креплением токоведущего стержня. Оно воспринимает все механические усилия, которые действуют на стержень. С увеличением номинального напряжения и размеров изоляционного тела резко возрастают механические нагрузки от собственной массы изолятора. Наиболее опасными для вводов являются механические нагрузки, изгибающие его изоляционное тело. Поэтому для крупных изоляторов, имеющих большую массу, ограничивают угол отклонения от вертикали в рабочем положении.
Нагрев ввода обусловливает потери в токоведущем стержне от рабочих токов, а также диэлектрические потери в изоляционном теле. Кроме того, нагрев может происходить и за счет тепловыделений, имеющих место внутри корпуса оборудования. Например, в трансформаторах, реакторах и силовых конденсаторах вводы соприкасаются с нагретым маслом, заполняющим внутренний объем баков. С увеличением рабочего напряжения и радиальных размеров изолятора отвод тепла от токоведущего стержня и из толщи изоляции значительно затрудняется. Поэтому становятся более жесткими и требования в отношении диэлектрических потерь во внутренней изоляции.
Вводы на 110 кВ и выше выполняются только заполненными маслом, т.е. с маслобарьерной или бумажно-масляной внутренней изоляцией. Для аппаратов и трансформаторов на напряжения 110 кВ и выше в последние годы преимущественное применение получили вводы с бумажно-масляной изоляцией. Основной внутренней изоляцией в нём является пропитанный маслом бумажный остов, намотанный на токоведущий стержень.
Благодаря высокой кратковременной и длительной электрической прочности бумажно-масляной изоляции, вводы указанного типа имеют наименьшие радиальные размеры, повышенную долговечность. Основной их недостаток – резкое ухудшение характеристик при увлажнении. В связи с этим к их конструкции предъявляются повышенные требования в отношении герметичности; маслорасширители непременно снабжаются специальными осушителями воздуха.
Пример 4. Электрический расчёт проходного изолятора и расчёт его тепловой устойчивости.
1. Расчёт изоляционного остова ввода с бумажно-масляной изоляцией для трансформатора на 110 кВ.
Чтобы пренебречь изменением напряженности электрического поля в аксиальном направлении считаем, что емкости слоев изоляционного остова одинаковы.
· Выдерживаемое напряжение в сухом состоянии U C0 = 295 кВ.
· Выдерживаемое напряжение под дождём U М0 = 215 кВ.
· Испытательное напряжение U ИС = 265 кВ.
Расчётное напряжение ввода по 1.55[10]:
кВ.
Фазовое расчётное напряжение по 1.56[10]:
кВ.
Наименьшую толщину слоя изоляции примем 
= 0,1 см. При такой толщине слоя максимальная расчётная напряжённость, вычисляемая по напряжению скользящих разрядов по 1.75[10]:
кВ/см,
где e = 3,5 для бумаги пропитанной маслом.
Расчётная напряжённость, вычисляемая по напряжённости неустойчивой ионизации (по условию частичных разрядов) в принятой толщине слоя по 1.66[10]:
кВ/см.
За расчётную принимаем наименьшую из напряжённостей, т.е. Еr .макс.расч = 125 кВ/см.
Количество слоёв в изоляционном остове по 1.74[10]:
26.
При таком количестве слоёв длина уступа по масляной части по 1.79[10]:
см,
где коэффициент запаса электрической прочности по отношению к расчетному напряжению m = 1,4.
Сумма длин уступов по масляной части остова:
.
Длину уступа по воздушной части принимаем по 1.84[10]:
.
.
Принимаем 
,
а сумма длин уступов по воздушной части остова:
,
полная длина уступов:
.
При условии получения минимального объёма остова длина n -ой заземляемой обкладки по 1.88[10]:
см,
где для условия минимума x = 4,1.
Длина нулевой обкладки остова по 1.89[10]:
см,
и параметр 
.
Радиус нулевой обкладки по 1.95[10]
см,
радиус n -ой обкладки по 1.96[10]:
см.
Результаты расчета остальных слоев сведем в табл.1.
Параметр А будет равен:
а параметр
Максимальная напряженность в слое x:
кВ/см,
где напряжение в слое U сл = U/n = 325/26 = 12,45 кВ.
Длина слоя x:
Максимальная расчётная напряжённость получилась равной 125 кВ/см. Максимальная радиальная напряжённость при рабочем напряжении ввода в слое наименьшей толщины равна 28 кВ/см, а допустимая напряжённость по напряжённости ионизации составляет 37 кВ/см.
Результаты расчета остова даны в табл. 1.
2. Определение геометрических размеров ввода.
Длина верхней покрышки 
см,
Длина нижней покрышки 
см
тогда 
Длина соединительной втулки: 
см.
Внутренний диаметр соединительной втулки примем:
см,
а наружный: 
см.
Таблица 1.
Результаты расчета остова проходного изолятора
| Номер слоя | 
|
|
| 
|
|
| - | 0,1398 | 1,15 | - | 127,2 | |
| 0,0868 | 0,2266 | 1,25 | 123,5 | ||
| 0,0842 | 0,3102 | 1,38 | 118,5 | 119,8 | |
| 0,0816 | 0,3924 | 1,48 | 112,5 | 116,1 | |
| 0,0790 | 0,4714 | 1,60 | 107,5 | 112,4 | |
| 0,0764 | 0,5478 | 1,73 | 102,0 | 108,7 | |
| 0,0738 | 0,6216 | 1,86 | 98,0 | 105,0 | |
| 0,0712 | 0,6928 | 2,00 | 94,0 | 101,3 | |
| 0,0686 | 0,7614 | 2,14 | 91,5 | 97,6 | |
| 0,0660 | 0,8274 | 2,29 | 88,3 | 93,9 | |
| 0,0634 | 0,8908 | 2,44 | 86,0 | 90,2 | |
| 0,0608 | 0,9576 | 2,59 | 84,5 | 86,5 | |
| 0,0582 | 1,0098 | 2,74 | 82,7 | 82,8 | |
| 0,0556 | 1,0654 | 2,90 | 79,1 | ||
| 0,0530 | 1,1184 | 3,06 | 81,5 | 75,4 | |
| 0,0504 | 1,1688 | 3,22 | 80,7 | 71,7 | |
| 0,0478 | 1,2166 | 3,37 | 81,3 | 68,0 | |
| 0,0452 | 1,2618 | 3,53 | 82,2 | 64,3 | |
| 0,0426 | 1,3044 | 3,69 | 82,9 | 60,6 | |
| 0,0400 | 1,3444 | 3,84 | 85,0 | 56,9 | |
| 0,0374 | 1,3818 | 3,98 | 86,8 | 53,2 | |
| 0,0348 | 1,4166 | 4,12 | 90,0 | 49,5 | |
| 0,0322 | 1,4488 | 4,26 | 94,8 | 45,8 | |
| 0,0296 | 1,4784 | 4,39 | 99,0 | 42,1 | |
| 0,0270 | 1,5054 | 4,51 | 38,4 | ||
| 0,0244 | 1,5298 | 4,62 | 113,5 | 34,7 | |
| 0,0218 | 1,5510 | 4,72 | 31,0 |
Диаметр покрышек примем:
см,
а наружный: 
см.
Диаметр по крыльям примем:
см.
Вылет крыла примем a = 5 см, при таком вылете шаг принимаем t = 8,5 см. При длине верхней покрышки L вп = 87 см число крыльев:
крыльев.
Мокроразрядное напряжение ввода при выбранных размерах и числе крыльев:
кВ.
Задано U МН = 215 кВ, запас составляет 12 %. Мокроразрядные напряжения имеют разброс порядка 10 – 15 %, следовательно, при выбранной длине покрышки минимальное значение мокроразрядного напряжения является достаточным.
кВ,
кВ/см,
кВ/см.
Средняя радиальная напряженность, взятая по максимуму:
кВ/см.
Объём изоляционного остова:
дм3
Максимальная напряжённость у фланца:
кВ/см,
где d – толщина фарфорового слоя, k – коэффициент пропорциональности [10].
При таких выбранных размерах изоляционного остова аксиальные и радиальные напряженности электрического поля максимальные и в рабочем режиме не превышают допустимых. Выбранные размеры покрышек ввода отвечают допустимым мокроразрядному и сухоразрядному напряжениям. Размеры ввода и изоляционного остова были выбраны исходя из наивыгоднейших размеров (x = 4,1).
Распределение напряженности электрического поля
по слоям изоляции ввода
Напряженность электрического поля в вводе в зависимости от rx и e x по 2.21[10]:
где rx - радиус изоляционного слоя х, см; e х - диэлектрическая проницаемость слоя х.
Коэффициент А рассчитывается по формуле:
где e1 = 3,5 для бумажно-масляной изоляции (БМИ);
e2 = 2,6 для трансформаторного масла;
e3 = 6,5 для фарфора;
r 0 = 1,15 см – радиус токоведущего стержня;
r 1 = 4,72 см – радиус изоляционного остова;
r 2 = 6,25 см – внутренний диаметр фарфоровой покрышки;
r 3 = 8,75 см – внешний диаметр фарфоровой покрышки;
U наиб.раб.фаз = 73 кВ.
Напряженность в слое х рассчитывается по формуле
Результаты расчета Е(х) приведены в табл. 2.
По результатам расчетов и выбора изоляционных конструкций необходимо сделать выводы о соответствии спроектированных изоляционных конструкций нормативным требованиям и пригодности их к эксплуатации.
Таблица 2.
Результаты расчета напряженности в слое
| Тип изоляции | Относительная диэлектрическая проницаемость, e | rx, см | Ex, кВ/см |
| Изоляционный остов(БМИ) | e1 = 3,5 | 1,15 | 32,3 |
| 18,6 | |||
| 12,4 | |||
| 4,72 | 7,9 | ||
| Трансформаторное масло | e2 = 2,6 | 4,72 | 10,6 |
| 5,5 | 9,1 | ||
| 8,3 | |||
| 6,25 | |||
| Фарфор | e3 = 6,5 | 6,25 | 3,2 |
| 2,9 | |||
| 7,5 | 2,7 | ||
| 2,5 | |||
| 8,75 | 2,3 |
Библиографический список
1. Афанасьев В.В., Адоньев Н.М., Карпенко Л.Н.. Электрические аппараты высокого напряжения (атлас конструкций). - Л.: Энергия, 1977.
2. Техника высоких напряжений: Изоляция и перенапряжения в электрических системах: Учебник для вузов / В.В. Базуткин, В.П. Ларионов, Ю.С. Пинталь; под общ. ред. В.П. Ларионова. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1986.
3. Справочник по электрическим установкам высокого напряжения
/ С.А. Бажанов, И.С. Батхон, И.А. Баумштейн и др.; под ред. И.А. Баумштейна и М.В. Хомякова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоиздат, 1981.
4. Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования / Под ред. Ю.Г. Барыбина и др. - М.: Энергоатомиздат, 1991.
5. Справочник по электрическим установкам высокого напряжения
/ Под ред. И.А. Баумштейна, С.А. Бажанова. - М.: Энергоиздат, 1989.
6. Дмитриевский В.С.. Расчёт и конструирование электрической изоляции: Учеб. пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1981.
7. Техника высоких напряжений / Под ред. Д.В. Разевига – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергия, 1976.
8. Долгинов А.И. ТВН в электроэнергетике. - М.: Энергия, 1968.
9. Мантров М.И.. Электрический расчет высоковольтных вводов. - М.: 1962.
10. Правила устройства электроустановок. - 7-е изд., перераб. и доп., с изменен. – М.: Изд-во Главгосэнергонадзора России, 2003.
11. Привезенцев В.А., Ларина Э.Т.. Силовые кабели и высоковольтные кабели. - М.: Энергия, 1970.
12. Справочник по проектированию линий электропередачи / Под ред. М.А. Реута и С.С. Рокотяна. – М.: Энергия, 1980.
13. Справочник по сооружению линий электропередачи напряжением 35-750 кВ: Справ. мастера / Сост.: С.В. Крылов и др.; под ред. М.А. Реута.
- М.: Энергоатомиздат, 1990.
14. Хабигер Э. Электромагнитная совместимость. Основы ее обеспечения в технике: пер. с нем.; под ред. Б.К. Максимова. – М.: Энергоатомиздат, 1995.
Приложение
Исходные данные
для раздела 1
| Номер варианта | Номинальное напряжение U ном, кВ | Тип опоры | Тип провода | Количество проводов в фазе | Высота над уровнем моря, м | Среднегодовая температура, оС | Степень загрязнения |
| У110-4Н | АС-95 | 8,7 | |||||
| ПС220-5Т | АС-300 | 12,1 | |||||
| ПБ330-7Н | 2АС-300 | 21,6 | |||||
| ПБ-2 | 3АС-400 | 11,5 | |||||
| ПП750-П | 5АС-300 | 8,6 | |||||
| 1У110-2+10 | АС-120 | 9,9 | |||||
| ПС220-5 | АС-400 | 7,1 | |||||
| ПБ330-7Н | 2АС-400 | 4,5 | |||||
| ПБ500-2 | 3АС-500 | 0,2 | |||||
| ПП750-П | 5АС-500 | 16,4 | |||||
| 1У110-4 | АС-240 | 7,8 | |||||
| ПС220-3 | АС-300 | ||||||
| ПБ330-4 | 2АС-300 | 9,3 | |||||
| ПБ500-5 | 3АС-400 | 12,3 | |||||
| ПН750-1 | 5АС-300 | 3,8 | |||||
| У110-4Н | АС-120 | 8,4 | |||||
| 2П220-1Т | АС-300 | 8,8 | |||||
| ПБ330-4 | 2АС-400 | 15,7 | |||||
| Р2 | 3АС-500 | ||||||
| ПС750-1 | 5АС-400 | 10,9 | |||||
| 1У110-2+10 | АС-120 | ||||||
| 2П220-1-6,8 | АС-240 | 7,5 | |||||
| П330-3 | 2АС-400 | 14,7 | |||||
| ПБ500-1 | 3АС-300 | 6,4 | |||||
| ПП750-1 | 5АС-400 | 7,9 | |||||
| 1У110-4 | АС-150 | 8,7 | |||||
| 2П220-1-11,5 | АС-400 | 12,1 | |||||
| П330-3 | 2АС-300 | 21,6 | |||||
| ПБС500 | 3АС-300 | 11,5 | |||||
| ПП750-3 | 5АС-400 | 8,6 | |||||
| У110-4Н | АС-70 | 9,9 | |||||
| П220-3Т | АС-400 | 7,1 | |||||
| П330-1 | 2АС-300 | 4,5 | |||||
| ПБС500 | 3АС-400 | 0,2 | |||||
| ПС750-3 | 5АС-400 | 16,4 | |||||
| 1У110-2+10 | АС-150 | 7,8 | |||||
| П220-3Т | АС-300 | ||||||
| П330-3 | 2АС-400 | 9,3 | |||||
| ПБ-1-3 | 3АС-500 | 12,3 | |||||
| ПБ750-1 | 4АС-500 | 3,8 | |||||
| 1У110-4 | АС-185 | 8,4 | |||||
| П220-3 | АС-400 | 8,8 | |||||
| П330-3 | 2АС-300 | 15,7 | |||||
| ПБ-5 | 3АС-500 | ||||||
| ПБ750-3 | 5АС-300 | 10,9 | |||||
| У110-4Н | АС-120 | ||||||
| П220-3 | АС-300 | 7,5 | |||||
| ПС330-6 | 2АС-400 | 14,7 | |||||
| ПБ-4 | 3АС-400 | 6,4 | |||||
| ПБ750-3 | 5АС-400 | 7,9 |
для раздела 2
| Номер варианта | Номинальное напряжение кабеля U ном, кВ | Назначение и тип кабеля | Марка кабеля | Номинальное напряжение проходного изолятора U ном, кВ | Назначение проходного изолятора | Марка проходного изолятора |
| АСБ 3х70 | АСБ 3х70 | внутри зданий | ИП-6/400-375 УХЛ, Т2 | |||
| СБ 3х70 | СБ 3х70 | снаружи здания | ИП-10/1000-7,5,УХЛ 1 | |||
| АПвП 3х70 | АПвП 3х70 | снаружи здания | ИПУ-35/630-7,5,УХЛ 1 | |||
| ААШВУ 3х95 | ААШВУ 3х95 | внутри зданий | ИП-6/400-375 УХЛ, Т2 | |||
| АВБШВ 3х120 | АВБШВ 3х120 | внутри зданий | ИП-10/5000-4250 УХЛ, Т2 | |||
| ПвП 3х120 | ПвП 3х120 | снаружи здания | ИПУ-35/630-7,5,УХЛ 1 | |||
| АБЛ 3х95 | АБЛ 3х95 | внутри зданий | ИП-6/400-375 УХЛ, Т2 | |||
| АСБ 3х120 | АСБ 3х120 | внутри зданий | ИП-10/5000-4250 УХЛ, Т2 | |||
| СБ 3х185 | СБ 3х185 | снаружи здания | ИПУ-35/630-7,5,УХЛ 1 | |||
| АПвП 3х120 | АПвП 3х120 | внутри зданий | ИП-6/400-375 УХЛ, Т2 | |||
| ААШВУ 3х150 | ААШВУ 3х150 | снаружи здания | ИП-10/1000-7,5,УХЛ 1 | |||
| АВБШВ 3х50 | АВБШВ 3х50 | снаружи здания | ИПУ-35/630-7,5,УХЛ 1 | |||
| ПвП 3х240 | ПвП 3х240 | внутри зданий | ИП-6/400-375 УХЛ, Т2 | |||
| АБЛ 3х185 | АБЛ 3х185 | внутри зданий | ИП-10/5000-4250 УХЛ, Т2 | |||
| ААГ 3х95 | ААГ 3х95 | снаружи здания | ИПУ-35/630-7,5,УХЛ 1 | |||
| СГ 3х120 | СГ 3х120 | внутри зданий | ИП-6/400-375 УХЛ, Т2 | |||
| АСКл 3х120 | АСКл 3х120 | снаружи здания | ИП-10/1000-7,5,УХЛ 1 | |||
| АБЛ 3х185 | АБЛ 3х185 | снаружи здания | ИП-35/400-7,5, Т 1 | |||
| АСБг 3х150 | АСБг 3х150 | внутри зданий | ИП-6/400-375 УХЛ, Т2 | |||
| СБГ 3х240 | СБГ 3х240 | снаружи здания | ИП-10/1000-7,5,УХЛ 1 | |||
| АВБШВ 3х120 | АВБШВ 3х120 | снаружи здания | ИП-35/400-7,5, Т 1 | |||
| ПвП 3х120 | ПвП 3х120 | внутри зданий | ИП-6/400-375 УХЛ, Т2 | |||
| АБЛ 3х95 | АБЛ 3х95 | снаружи здания | ИП-10/1000-7,5,УХЛ 1 | |||
| АСБ 3х120 | АСБ 3х120 | снаружи здания | ИП-35/400-7,5, Т 1 | |||
| СБ 3х185 | СБ 3х185 | внутри зданий | ИП-6/400-375 УХЛ, Т2 | |||
| АПвП 3х120 | АПвП 3х120 | снаружи здания | ИП-10/1000-7,5,УХЛ 1 | |||
| ААШВУ 3х150 | ААШВУ 3х150 | снаружи здания | ИП-35/400-7,5, Т 1 | |||
| АВБШВ 3х50 | АВБШВ 3х50 | внутри зданий | ИП-6/400-375 УХЛ, Т2 | |||
| ПвП 3х240 | ПвП 3х240 | внутри зданий | ИП-10/5000-4250 УХЛ, Т2 | |||
| АБЛ 3х185 | АБЛ 3х185 | снаружи здания | ИП-35/400-7,5, Т 1 | |||
| ААГ 3х95 | ААГ 3х95 | внутри зданий | ИП-6/400-375 УХЛ, Т2 | |||
| СГ 3х120 | СГ 3х120 | снаружи здания | ИП-10/1000-7,5,УХЛ 1 | |||
| АСКл 3х120 | АСКл 3х120 | снаружи здания | ИП-35/400-7,5, Т 1 | |||
| АБЛ 3х185 | АБЛ 3х185 | внутри зданий | ИП-6/400-375 УХЛ, Т2 | |||
| СБ 3х185 | СБ 3х185 | внутри зданий | ИП-10/5000-4250 УХЛ, Т2 | |||
| АПвП 3х50 | АПвП 3х50 | снаружи здания | ИП-35/400-7,5, Т 1 | |||
| ААШВУ 3х150 | ААШВУ 3х150 | внутри зданий | ИП-6/400-375 УХЛ, Т2 | |||
| АВБШВ 3х120 | АВБШВ 3х120 | внутри зданий | ИП-10/5000-4250 УХЛ, Т2 | |||
| ПвП 3х240 | ПвП 3х240 | снаружи здания | ИП-35/400-7,5, Т 1 | |||
| АБЛ 3х185 | АБЛ 3х185 | внутри зданий | ИП-6/400-375 УХЛ, Т2 | |||
| ААГ 3х150 | ААГ 3х150 | снаружи здания | ИП-10/1000-7,5,УХЛ 1 | |||
| СГ 3х120 | СГ 3х120 | снаружи здания | ИП-35/400-7,5, Т 1 | |||
| АСКл 3х70 | АСКл 3х70 | внутри зданий | ИП-6/400-375 УХЛ, Т2 | |||
| АБЛ 3х185 | АБЛ 3х185 | снаружи здания | ИП-10/1000-7,5,УХЛ 1 | |||
| АСБг 3х150 | АСБг 3х150 | снаружи здания | ИП-35/400-7,5, Т 1 | |||
| СБГ 3х240 | СБГ 3х240 | внутри зданий | ИП-6/400-375 УХЛ, Т2 | |||
| АВБШВ 3х120 | АВБШВ 3х120 | снаружи здания | ИП-10/1000-7,5,УХЛ 1 | |||
| ПвП 3х120 | ПвП 3х120 | снаружи здания | ИП-35/400-7,5, Т 1 | |||
| АБЛ 3х70 | АБЛ 3х70 | внутри зданий | ИП-6/400-375 УХЛ, Т2 | |||
| АСБ 3х150 | АСБ 3х150 | снаружи здания | ИП-10/1000-7,5,УХЛ 1 |
Содержание
| Раздел 1. | Изоляция ЛЭП и внешняя изоляция РУ подстанций... | |
| 1.1. | Выбор числа изоляторов в поддерживающих гирляндах ЛЭП или ОРУ...................................... | |
| 1.2. | Расчет максимальной напряженности электрического поля на проводах ЛЭП или шинах подстанции............... | |
| 1.3. | Расчет потерь на корону на подходящей ЛЭП и ошиновке подстанции........................................ | |
| 1.4. | Радиопомехи....................................... | |
| Раздел 2. | Внутренняя изоляция элементов высоковольтного оборудования.......................................... | |
| 2.1. | Расчет кабеля....................................... | |
| 2.2. | Расчет проходных изоляторов (вводов).................. | |
| Библиографический список......................... | ||
| Приложение........................................ |