учебное пособие. Учебное пособие ТВН. Учебное пособие для студентов, обучающихся по направлению подготовки Электроэнергетика и электротехника
 Скачать 5.05 Mb.
|
|
Вводы конденсаторного типа. Применение во вводах маслобарьерной изоляции дало возможность повысить их электрическую прочность, но габариты вводов остаются значительными, что существенно затрудняет их использование при напряжении 220…500 кВ и выше. Поэтому на высших классах напряжения применяются технически более совершенные вводы конденсаторного типа, к которым относятся бумажно-бакелитовые и бумажно-масляные конденсаторные вводы. В качестве основной изоляции в бумажно-бакелитовых вводах (вводы с твердой изоляцией) используется бакелизированная бумага толщиной 0,06 мм, которая наматывается на токоведущий стержень или трубу в горячем состоянии при температуре до 160 ºС. Между слоями бумаги через определенные промежутки закладываются уравнительные обкладки из алюминиевой фольги. Полученная втулка запекается, концы остова обтачиваются на станке с целью придания изолятору определенной формы (чаще конусной), а затем поверхность изоляционного остова покрывается влагостойким лаком (рис. 2.17). Такие вводы отличаются простотой изготовления, компактностью, высокой механической прочностью.  
К их недостаткам следует отнести гигроскопичность изоляции, вследствие чего она может отсыревать из-за растрескивания лака, низкую трекингостойкость, возможность теплового пробоя. Бумажно-бакелитовые изоляторы для наружной установки помещают в фарфоровые покрышки, а пространство между покрышкой и изоляционным остовом заливают специальной мастикой. Если нижняя часть ввода работает в масле (трансформаторы, масляные выключатели), то нижняя фарфоровая покрышка отсутствует. В этом случае нижняя часть изолятора короче наружной [1–3]. Московский завод «Изолятор» выпускает вводы с бумажно-бакелитовой изоляцией до 500 кВ (RBP-изоляция). В последние годы это предприятие выпускает бакелитовые вводы типа ГТПВ-35/1000 с полимерной внешней изоляцией (рис. 2.18). Внешняя изоляция (покрышка) изготовлена из трекингостойкой силиконовой резины в грязестойком исполнении. Покрышка на 35 кВ имеет 7 тонких ребер, что позволяет выдерживать большие ударные механические нагрузки. В настоящее время широкое распространение получили наиболее совершенные вводы с конденсаторной бумажно-масляной изоляцией. В данной конструкции ввода на токоведущий стержень (трубу) или на бумажно-бакелитовый цилиндр наматывается кабельная бумага марки КВ-120 шириной 100…150 мм по способу спиральной намотки с положительным перекрытием. Через определенные промежутки между слоями бумаги закладываются конденсаторные обкладки из перфорированной алюминиевой фольги толщиной 0,01 мм. При более совершенной технологии применяется намотка в два слоя бумаги: одного – чистого, другого – с печатным металлическим покрытием. Затем производится тщательная вакуумная сушка остова ввода и последующая пропитка дегазированным трансформаторным маслом. На следующем этапе изоляционный остов ввода помещается в фарфоровые чехлы (верхняя и нижняя покрышки), залитые трансформаторным маслом. Для соединения верхней и нижней частей ввода используется металлическая соединительная втулка. В верхней части ввода (рис. 2.19) к фланцу крепится маслорасширитель с указателем уровня масла, который может снабжаться гидрозатвором для предотвращения увлажнения масла.  Рис. 2.19. Конденсаторный бумажно-масляный ввод типа БМТ- 110/630: 1 – расширитель с гидрозатвором; 2 – токоведущая труба; 3 – верхняя покрышка; 4 – изоляционный остов; 5 – измерительный ввод; 6 – маслоотборник; 7 – соединительная втулка; 8 – нижняя покрышка; 9 – стакан Современные конструкции вводов выполняются герметичными, что позволяет избежать увлажнения и окисления масла атмосферным воздухом. Такие вводы имеют встроенные (вводы 110…220 кВ) или выносные (вводы 220 кВ и выше) баки давления (компенсаторы), которые соединяются медным трубопроводом длиной 3…6 м с внутренней полостью ввода через соединительную втулку [4, 5]. В последние годы завод «Изолятор» освоил выпуск новых трансформаторных вводов на 330…500 кВ с компенсатором давления в верхней части ввода. Некоторые маслонаполненные вводы снабжены приспособлением для измерения напряжения (ПИН). Для присоединения ПИН используются две уравнительные обкладки сердечника – последняя заземленная и предпоследняя, которая присоединяется к выводу ПИН. Эти две обкладки ввода образуют низковольтное плечо емкостного делителя. В современных конструкциях вводов вывод для присоединения ПИН может быть использован для измерения tg и емкости ввода. Для контроля качества масла вводы имеют маслоотборное устройство, расположенное на соединительной втулке. Фарфоровые покрышки ввода конструируются таким образом, чтобы получить наибольшее значение разрядных напряжений в эксплуатационных условиях. Изготовление вводов с бумажно-масляной изоляцией является сложным процессом и требует большой тщательности. ЗАО «АББ Электроизолит Бушинг» освоило выпуск высоковольтных вводов (по швейцарской технологии) с твердой RIP-изоляцией на U = 500 кВ, Iн = 800…2500 А (абсолютно сухие) с заполнением компаундом типа «Микагель». RIP-изоляция изготовлена на основе бумаги, пропитанной в вакууме эпоксидным компаундом. Такая изоляция сочетает в себе высокие диэлектрические характеристики, присущие бумажно-масляной изоляции, и удобство в эксплуатации, характерное для твердой изоляции. RIP-изоляция обладает высокой термической и механической стойкостью. Недостатком вводов с RIP-изоляцией является их достаточно высокая стоимость по сравнению с бумажно-масляными вводами (OIP-изоляция). Вводы с элегазовой изоляцией. Применение высокопрочных газов в качестве электрической изоляции позволяет существенно упростить конструкцию вводов и уменьшить их массу и габариты. Газ, используемый в качестве внутренней изоляции, должен обладать не только высокой электрической прочностью, но и достаточной термической стойкостью, малой токсичностью, стойкостью к электрическим разрядам, низкой температурой сжижения, приемлемой стоимостью [4]. Н  аиболее полно указанным требованиям отвечает элегаз (SF6 – шестифтористая сера). Элегаз прочнее воздуха в 2,3–2,6 раза и не разлагается под действием воды, кислот, щелочей. По своей инертности элегаз близок к химически чистому азоту. Для снижения стоимости изделий с элегазовой изоляцией в ряде случаев используют смесь элегаза с азотом. Элегаз рекомендуется применять только в однородном или слабонеоднородном электрических полях, т. к. при ионизационных процессах наблюдается разложение элегаза с образованием весьма опасных необратимых соединений.Рис. 2.20. Газонаполненный ввод на напряжение 110 кВ: 1 – защитный кожух; 2 – верхняя фарфоровая покрышка; 3 – экран внутренний; 4 – нижняя изолирующая покрышка; 5 – защитный кожух; 6 – экран наружный; 7 – манометр; 8 – вентиль Отечественной промышленностью разработаны вводы с элегазовой изоляцией, предназначенные для установок в КРУ (рис. 2.20) на напряжение 110…220 кВ. 2.4. Изоляция силовых конденсаторов Общие сведения. Силовые конденсаторы используются в цепях электроэнергетических установок, где осуществляется преобразование и передача больших мощностей или накопление больших количеств энергии. Они применяются в силовой электротехнике для улучшения коэффициента мощности, в технике связи, импульсной технике, ядерных исследованиях, электроразрядных и плазменных технологиях. Расчет конденсатора заключается в том, чтобы по заданным значениям электрических характеристик определить наиболее оптимальные размеры и срок службы конденсатора. 2.4.1. Расчет емкости конденсаторов Отношение заряда Q, накопленного на пластинах, к напряжению U, приложенному к ним, называют емкостью конденсатора  , Ф, (2.7)где Q – в Кл; U – в В. На практике часто пользуются единицами меньшими, чем фарада. 1 Ф = 106 мкФ = 1012 пФ. Емкость плоского конденсатора (рис. 3.21, а) можно определить из формулы  , Ф, (2.8)где S– активная площадь обкладок (S = bl), см2; d – толщина диэлектрика, см; – относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика; 0 – диэлектрическая проницаемость вакуума, Ф/см;b и l – ширина и длина обкладки, см.  Ф/см. (2.9)Емкость цилиндрического конденсатора (рис. 2.21, б) определяется по формуле  , Ф, (2.10)где l – активная длина обкладок, см; R1, R2 – внутренний и наружный радиусы электродов, соответственно, см. При использовании тонких диэлектриков, поставляемых в рулонах (конденсаторная бумага, пленки), для получения больших значений емкости применяется спиральная намотка (рис. 2.22). В этом случае работают обе ленты диэлектрика и емкость конденсатора  , пФ, (2.11)где b и l – ширина и длина фольги, см; d – толщина диэлектрика, см.  а) б) Рис. 2.21. К определению емкости конденсатора: а – плоский конденсатор; б – цилиндрический конденсатор Применение секций со спиральной намоткой позволяет значительно сократить расход алюминиевой фольги при производстве конденсаторов. Секции наматывают на специальных станках либо на цилиндрическую оправку и после снятия с оправки прессуют (плоскопрессованная секция), либо на жесткий изоляционный цилиндр (цилиндрическая секция).  Рис. 2.22. Эскиз секции со спиральной намоткой: Д0 – диаметр оправки; b – ширина закраины 2.4.2. Характеристики основных материалов, применяемых в высоковольтных конденсаторах В технике сильных токов и высоких напряжений, а также в энергетических установках для повышения коэффициента мощности используются конденсаторы с бумажной изоляцией, пропитанной минеральным (конденсаторным) маслом, жидкостями растительного происхождения (касторовое масло – для импульсных конденсаторов) или синтетическими жидкостями (совол, совтол, трихлордифенил, фенилксилиэтан и др.) [2]. Достоинствами хлорированных дефинилов (совол, совтол, трихлордифинилов) являются более высокие , повышенная стойкость к воздействию частичных разрядов, негорючесть. Однако эти жидкости являются токсичными и экологически опасными. Поэтому масштабы применения хлорированных дефинилов сокращаются и их заменяют на более безопасные жидкости (дибутилфтилат, фенилксилилэтан и др.). Для изготовления таких конденсаторов обычно используется конденсаторная бумага, которая отличается весьма малой толщиной (5…30 мкм), высокой плотностью и небольшим содержанием неорганических загрязнений. Отечественная бумага выпускается двух видов: обычная конденсаторная бумага – КОН и бумага с улучшенными диэлектрическими свойствами – СИЛКОН. Обычную бумагу изготавливают двух марок: КОН-I ( = 2,2) плотностью 1 г/см3 и КОН-II ( = 2,9) плотностью 1,2 г/см3. Улучшенная бумага СИЛКОН имеет плотность 0,8; 1,0 и 1,2 г/см3. В последнее время для улучшения характеристик диэлектрика (повышения электрической прочности и напряжения начала частичных разрядов, уменьшения диэлектрических потерь) используют комбинированную бумажно-пленочную изоляцию. В этом случае бумажные слои выполняют роль фитиля, который втягивает пропитывающую жидкость в прослойки между пленками и обеспечивает хорошую пропитку и отсутствие газовых включений в изоляции. Из полимерных пленок для конденсаторов промышленной и повышенной частоты (до 10 кГц) применяется полипропиленовая пленка (Епр = 180…190 кВ/мм; tg = (2…3)10–4; = 2,25) и для импульсных конденсаторов – полиэтилентерефлатная (лавсановая) пленка (Епр = 160 кВ/мм; tg = (4…20)10–3; = 3,2). В качестве обкладок в конденсаторах чаще всего используется металлическая фольга из алюминия толщиной dФ = 7…12 мкм. Для перемычек между секциями и для выводов конденсатора применяется медная фольга толщиной 0,3…0,5 мм. Для изготовления щек, хомутов и корпусов конденсаторов используют отожженную и протравленную (для удаления окалины) тонколистовую сталь толщиной 1…2 мм, называемую декапированной. Для изготовления конденсаторов в изоляционном корпусе используется фарфор, бакелит, винипласт, стеклопластик и другие материалы. 2.4.3. Основы электрического расчета косинусных конденсаторов Электрический расчет конденсаторов сводится к нахождению допускаемых значений напряженности при длительном (Ераб) и кратковременном (Еисп) воздействии напряжения. Затем определяется два значения толщины диэлектрика:  и  (2.12)и выбирается наибольшее. В большинстве случаев расчет ведут на длительную работу конденсатора, т. е. определяют Ераб, по нему находят толщину диэлектрика, а затем определяют испытательную напряженность Еисп, соответствующую данной толщине и заданному испытательному напряжению Uисп:  , (2.13)где К1 – коэффициент, учитывающий невыявленные дефекты при кратковременном испытании диэлектрика конденсатора (К1 = 1,5…3,0). Следует иметь в виду, что электрическая прочность слоистой изоляции зависит от толщины или числа листов в диэлектрике (рис. 2.23). При малых толщинах Епрувеличивается с ростом числа слоев изоляции вследствие перекрытия «слабых мест» прочными слоями изоляции, а затем с дальнейшим ростом толщины изоляции диэлектриков начинает проявляться краевой эффект и Епр снижается. Вследствие изложенного механизма Епр = f(d) имеет максимум при определенной толщине изоляции секции dопт.  Рис.2.23. Зависимость пробивной напряженности бумажного (1) и бумажно-пленочного (2) диэлектриков от толщины изоляции (пропитка трихлордифенилом) Обычно толщина бумажного диэлектрика составляет 50…60 мкм (5–6 слоев бумаги при толщине листа 10 мкм), а толщина бумажно-пленочного диэлектрика составляет 25…35 мкм. Рабочее напряжение секции конденсатора определяется по формуле  (2.14)где dc – толщина изоляции в секции. Секции выполняются либо со скрытой (рис. 2.24, а), либо с выступающей (рис. 2.24, б) фольгой. Конструкция с выступающей фольгой применяется для улучшения теплоотвода, а в некоторых случаях – для уменьшения индуктивности импульсных конденсаторов. Выбрав высоту секции hс (8…15 мм), можно найти число витков при намотке секции:  , (2.15) а) б) Рис. 2.24. Способы намотки конденсаторных секций Зная габаритные размеры секции, легко определить габаритные размеры пакета секции конденсатора и корпуса конденсатора в целом. Для конденсаторов, работающих в условиях повышенного тепловыделения в активном диэлектрике (косинусные конденсаторы, конденсаторы для электротермических установок, импульсные конденсаторы с большой частотой следования импульсов и др.), необходимо провести тепловой расчет с целью определения температуры его нагрева по отношению к температуре окружающей среды. Для конденсаторов с бумажно-масляной изоляцией максимально допустимая температура составляет 65…70 оС, а для конденсаторов с пропиткой хлордифенилом или касторовым маслом – 90…95 оС, что соответствует максимально допустимому перепаду температуры между центральной точкой пакета секций tmax и окружающей средой 25…30 оС и 50…55 оС, соответственно, при температуре окружающей среды t0 = 40 оС. |