Методическое пособие по курсовому проектированию по дисциплине «И золяция электротехнического оборудования высокого напряжения и основы ее проектирования»
Скачать 392.68 Kb.
|
1 2
| РАЗДЕЛ 2. Внутренняя изоляция элементов высоковольтного оборудования 2.1. Расчёт кабеля Общие сведения. Силовые кабели предназначаются для передачи и распределения электрической энергии и являются одним из важнейших видов обширного ассортимента кабелей. Они изготовляются с медными и алюминиевыми токопроводящими жилами и в свинцовой или алюминиевой оболочке с различными защитными покровами в зависимости от назначения и условий эксплуатации. Токопроводящие жилы одножильных и всех многожильных кабелей сечением 2,5 – 16 мм2 изготовляются из одной круглой проволоки. Одножильные кабели больших сечений имеют круглую многопроволочную жилу неуплотненного или уплотненного типа. В многожильных кабелях применяются сплошные, а для больших сечений – многопроволочные уплотненные жилы секторной (в трехжильных) или сегментной (в четырехжильных) формы. Каждый тип силового кабеля имеет свое условное буквенное обозначение – марку. Буква С в маркировке указывает, что кабель имеет свинцовую оболочку. Буквы Б, П, и К обозначают тип брони (соответственно – ленточная броня и проволочная броня из плоских и круглых проволок). В настоящее время плоская проволочная броня из-за дефицитности применяется редко и обычно заменяется круглой броней, повышающей прочность защитных покровов. Буква А в начале маркировки указывает, что кабель имеет алюминиевые токопроводящие жилы; если буква А стоит вместо буквы С, то это означает, что кабель имеет алюминиевую оболочку. Буква О, стоящая впереди буквы С, обозначает, что кабель имеет отдельно освинцованные жилы. Для данной работы была выбрана марка кабеля АСБ 3х120 мм2. Это силовой кабель с алюминиевыми токопроводящими жилами в свинцовой оболочке с бронепокровами из двух стальных лент с наружным защитным покровом. Кабель трёхжильный (с сечением жил по 120 мм2) с поясной изоляцией. Электрическое поле в трёхжильных кабелях с поясной изоляцией имеет сложный вид. Силовые линии здесь направлены не только перпендикулярно слоям пропитанной бумажной изоляции, но и под некоторым углом к ним. Таким образом, появляется напряжённость электрического поля вдоль слоёв пропитанной бумаги, что значительно снижает электрическую прочность изоляции кабеля, так как вдоль слоёв она, по крайней мере, в 10 раз меньше, чем поперёк их. В связи с этим существенно важно наиболее полное и качественное заполнение межфазных пространств. Обычно для этого применяются бумажный кордель, который скручивается из сульфатной или кабельной бумаги К-12. Во время нормальной эксплуатации кабелей напряжение между жилами в  раз больше, чем между жилой и оболочкой. Поэтому толщина поясной изоляции обычно берётся значительно меньшей в сравнении с толщиной изоляции отдельных жил.Надёжность работы силовых кабелей, естественно, зависит от качества изоляции. Проведённые в последние годы исследования отечественных силовых кабелей показали, что пробивное напряжение кабелей 10 кВ в состоянии поставки составляет между жилой и оболочкой 65 кВ и между жилами 85-105 кВ (пробивная средняя напряжённость 15-19 кВ/мм). В этом отношении наши кабели не уступают лучшим зарубежным образцам [18, с. 6]. Электрический расчет кабеля Пример 3. Выбор и расчет изоляции кабеля. Выбираем кабель на 10 кВ АСБ 3x150 мм2  при прокладке кабеля в земле, при t = 15 0С  = 11,7 мм радиус скрутки жил, = 1,25 мм радиус одной проволоки.Максимальная напряжённость электрического поля для гладкой жилы в точке В:  в точке А:  где   .Для негладких жил  .Коэффициент неоднородности в точке А.  Тогда максимальное значение напряженности в точке А:  Коэффициент неоднородности в точке В  Максимальное значение напряженности негладких жил в точке В.  . Расчет показал, что напряжённость электрического поля фазного провода больше в точке А. Тепловой расчёт кабеля В расчете не учитываем тепловое сопротивление жилы кабеля, а также диэлектрические потери, которые при данном напряжении составляют порядка 10-5 Вт/см. Увеличение сопротивления при приложении переменного напряжения:  [5.(3-80).].Сопротивление при постоянном токе:  . [5.(3-79)]. объемное удельное сопротивление алюминия. = 4,03103 1/с температурный коэффициент сопротивления. tдоп = 60 0С – длительно допустимая температура. S = 120106 м2 – площадь сечения жилы.  Ом/м.Коэффициент, учитывающий влияние соседних жил кабеля:  .d эквивалентный диаметр жилы   .Rж~ = 2,710-4(1 + 0,0011 + 0,0053) = 0,02710-2 Ом/м. Определим тепловое сопротивление изоляции:  С см/Втk1 = 1,1 учитывает увеличение теплового сопротивления, связанное с изоляцией между соседними жилами.  удельное сопротивление БМК. внешний радиус поясной изоляции. радиус сектора.Тепловое сопротивление защитных покровов:   тепловое сопротивление защитных покровов. наружный радиус кабеля. наружный радиус оболочки.Тепловое сопротивление окружающей среды:  ,где  удельное сопротивление теплоотдачи от поверхности кабеля;  .Находим допустимый ток через жилы [18, с. (3-76)].  При этом допустимый ток по техническим требованиям составляет 240 А, т.е. изоляция соответствует нормативным требованиям по условиям термической стойкости. 2.2. Расчет проходных изоляторов (вводов) 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 предьявляются 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 UC0 = 295 кВ. Выдерживаемое напряжение под дождём UМ0 = 215 кВ. Испытательное напряжение UИС = 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 = 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 = 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 Uсл = 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
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 Lвп = 87 см число крыльев:  крыльев.Мокроразрядное напряжение ввода при выбранных размерах и числе крыльев:   кВ.Задано UМН = 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 ( = 4,1). Распределение напряженности электрического поля по слоям изоляции ввода Напряженность электрического поля в вводе в зависимости от rx и x по 2.21[10]:  где rx радиус изоляционного слоя х, см; х диэлектрическая проницаемость слоя х. Коэффициент А рассчитывается по формуле:   где 1 = 3,5 для бумажно-масляной изоляции (БМИ); 2 = 2,6 для трансформаторного масла; 3 = 6,5 для фарфора; r0 = 1,15 см – радиус токоведущего стержня; r1 = 4,72 см – радиус изоляционного остова; r2 = 6,25 см – внутренний диаметр фарфоровой покрышки; r3 = 8,75 см – внешний диаметр фарфоровой покрышки; Uнаиб.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
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 ЗАДАНИЕ на курсовой проект «Проектирование изоляционных конструкций подстанции» Цель курсового проекта – освоить методы проектирования, выбора и расчета внешней и внутренней изоляции высоковольтного оборудования ЛЭП и подстанций. Курсовой проект состоит из двух разделов: проектирование изоляции ЛЭП и внешней изоляции РУ подстанций; проектирование внутренней изоляции элементов высоковольтного оборудования. Содержание курсового проекта: 1. Проектирование изоляции ЛЭП и внешней изоляции 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 или ошиновке подстанции. 1.4. Выбор изоляционных расстояний между токопроводящими элементами и заземленными частями ЛЭП или ОРУ. 2. Проектирование внутренней изоляции элементов высоковольтного оборудования. 2.1. Электрический и тепловой расчет кабеля. 2.2. Электрический расчет проходного изолятора и расчет его тепловой устойчивости. Исходные данные для раздела 1
для раздела 2
Задание выдал _______________________________________ _________ Должность, звание Ф.И.О. подпись Задание получил студент группы ________________________ ____________ Ф.И.О. подпись «____» _____________________200_ г. Содержание
Татьяна Викторовна Лопухова, Радик Накибович Хизбуллин Проектирование изоляционных конструкций ЛЭП и подстанций Методическое пособие по курсовому проектированию по по дисциплине «Передача и распределение электроэнергии» (Кафедра «Электрических станций» КГЭУ) Редактор издательского отдела Н.И. Андронова Компьютерная верстка Ф.В. Гайнутдинова Изд. лиц. ИД № 03480 от 08.12.00. Подписано в печать ……. Формат 60х84/16. Бумага “Business”. Гарнитура “Times”. Вид печати РОМ. Физ. печ. л. Усл. печ. л. . Уч.-изд. л. . Тираж 100 экз. Заказ № Издательский отдел КГЭУ 420066, Казань, Красносельская, 51 Типография КГЭУ 420066, Казань, Красносельская, 51 |
1 2
Похожие:
 | Организация пассажирских перевозок: Учебное пособие к курсовому и дипломному проектированию. – Ростов н/Д: Рост гос ун-т путей сообщения.... | | Методическое пособие предназначено в помощь студентам учебных заведений спо заочного обучения по специальности «Строительство и эксплуатация... |
 | Методические указания к курсовому и дипломному проектированию предназначены для студентов по специальности 13. 02. 11 «Техническая... | | Методическое руководство к курсовому проектированию для студентов по специальности 151001 |
| Учебно-методическое пособие предназначено для выполнения курсового проекта, лабораторных работ и практических занятий по дисциплине... | | На оказание услуг по ремонту электротехнического оборудования распределительного газопровода высокого давления грс-3-хтэц-2 для нужд... |
| Учебно-методическое пособие предназначено для руководителей структурных подразделений университета и профессорско-преподавательского... | | Курсовое проектирование – вид учебного процесса по изучаемой дисциплине, результатом которого является курсовой проект или курсовая... |
| Учебно-методическое пособие по выполнению практических работ для студентов по специальности 13. 02. 11«Техническая эксплуатация и... | | Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение Республики Саха (Якутия) |