Проектирование Высоковольтного ввода. Мой ввод. Высоковольтный ввод конденсаторного типа
 Скачать 1.31 Mb.
|
| |||||||||||||||||||||||||
| | Обозначение типа изоляции | Допустимая рабочая напряженность Ерд , кВ/мм | ||
| 1 | С бумажно-масляной изоляцией (БМИ) | ОIP |  | |
| 2 | С бумажной изоляцией, покрытой смолой | RBP |  | |
| 3 | С бумажной изоляцией(или изоляцией из нетканого материала), пропитанной смолой | RIP(RIN) |  | |
| 4 | С газовой изоляцией (элегаз) | SF6V |  | |
В настоящее время несколько сот тысяч вводов, находящихся в эксплуатации в российских энергосистемах, это вводы с бумажномасляной изоляцией(БМИ). Почти монопольное положение БМИ во вводах высокого напряжения обусловлено целым рядом достоинств этой изоляции. Прежде всего, это достаточно высокая электрическая прочность (кратковременная и длительная), относительно низкий уровень диэлектрических потерь. Вместе с тем, хорошо известны и существенные недостатки вводов с БМИ. С точки зрения эксплуатации, это относительно высокие издержки по обслуживанию вводов, контроль герметичности вводов и давления масла в них, периодический отбор масла для определения его характеристик, в том числе хроматографический анализ растворенных газов в масле. Самый главный недостаток это — взрыво- и пожароопасность. Пробой БМИ или перекрытие бумажного остова во вводе, как правило, влекут за собой разрушение нижней фарфоровой покрышки и последующий пожар на трансформаторе с тяжелыми экономическими и экологическими последствиями. Реальна опасность загрязнения окружающей среды при вытекании трансформаторного масла из маслонаполненного оборудования — силовых трансформаторов, баковых масляных выключателей и др. Применение твердой RBP- и RIP-изоляции не приводит к таким тяжелым последствиям, как при вводах с БМИ, так как исключено вытекание масла через поврежденный ввод из силового трансформатора, содержащего его десятки тонн.
ЗАО «Мосизолятор» уже длительное время выпускает вводы на напряжения 35, 110 и 150 кВ с RBP-изоляцией. Однако у RBP-изоляции имеются и определенные недостатки, связанные с технологией ее производства. Значительная часть объема бумаги остается непропитанной, то есть содержит большое количество газовых включений. Это связано с тем, что смола, нанесенная на бумагу, при намотке проникает только в поверхностный слой ( на 20 мкм) при общей толщине бумаги 70 мкм. Поэтому диэлектрические характеристики RBP-изоляции уступают соответствующим характеристикам БМИ, несмотря на значительно сниженные значения рабочих напряженностей электрического поля. Уровень частичных разрядов, характеризующий электрическую прочность изоляции, во вводах с RBP-изоляцией доходит до 250 пКл вместо 10 пКл во вводах с БМИ, что ограничивает область использования RBP-изоляции. Электрическая прочность RBP-изоляции оказывается недостаточной для создания вводов с высокими экономическими показателями на напряжение 220 кВ и более. Кроме того, внедрение на силовых трансформаторах новых методов диагностики предполагает проведение исследований трансформаторов под рабочим напряжением. Наличие на трансформаторе вводов с уровнем частичных разрядов до 250 пКл создает серьезные проблемы для таких диагностических работ.
Полное решение проблем, характерных для вводов с БМИ и RBP-изоляцией, может дать только применение твердой RIP-изоляции, имеющей низкий уровень частичных разрядов — до 5 пКл при рабочем напряжении и до 10 пКл при испытательном напряжении.
Основa RIP изоляция высоковольтных вводов (RIP - ResinImpregnatedPaper) - крепированная электроизоляционная бумага, которая подвергается пропитке эпоксидным компаундом обладает высокой надежностью и длительным сроком эксплуатации благодаря:
низким диэлектрическим потерям;
низкому уровню частичных разрядов;
термической стойкости.
Главным недостатком крепированной бумаги является высокая гигроскопичность, что приводит к обязательному наличию технологической операции сушки в процессе производства. С целью увеличения стойкости твердой изоляции к действию влаги, имеется тенденция к замене гигроскопичной крепированной бумаги. Для изготовления вводов с RIN-изоляцией(рисунок 1.1) используется полимерный нетканый материал, который обладает хорошими гидрофобными свойствами и имеет остаточное влагосодержание менее 0,1%.
Рис.1.1 RIN-изоляция высоковольтного ввода
На рис.1.2 представлена технологическая схема изготовления остова из нетканого материала, пропитанного смолой, типа RIN. Технологический процесс при изготовлении изоляции типа RIN обеспечивает монолитность изоляции, что позволяет получить высокие электрические характеристики. Это достигается за счет полноты пропитки и отсутствия внутренних полостей. Важнейшей стадией процесса является отверждение, когда возможна большая усадка. Для предотвращения возможных деформаций и растрескивания необходимо, чтобы процесс отверждения протекал медленно, смола имела низкую вязкость, выдерживалось определенное соотношение между наполнителем (бумагой) и пропиточным составом. Технология изготовления вводов с RIN-изоляцией не требует сушки, а сама изоляция имеет интенсивность ЧР не более 5 пКл, в то время как вводы с RIP-изоляцией имеют интенсивность ЧР не более 10 пКл. Интенсивность ЧР влияет на динамику старения изоляции и следовательно вводы с RIN-изоляцией будут иметь более стабильные характеристики в процессе эксплуатации.
Рис.1.2 Технологическая схема изготовления остова с твердой изоляцией типа RIP
Конструкция герметичного высоковольтного ввода с RIN-изоляцией представлена на рис. 1.3.
Рис. 1.3 Конструкция ввода с RIN изоляцией
Рис. 1.4 Измерительный вывод
Высоковольтный ввод с RIN-изоляцией состоит из следующих основных конструктивных элементов:
твердого изоляционного остова, изготовленного намоткой на центральную трубу нетканого материала с последующей пропиткой эпоксидным компаундом (RIN-изоляция). Для выравнивания электрического поля бумажная намотка разделена на слои проводящими обкладками (рис.1.5);
соединительной втулки, жестко закрепленной на изоляционном остове;
измерительного вывода, который должен быть заземлен во время эксплуатации колпаком (Рис. 1.4);
опорного фланца, предназначенного для крепления ввода на трансформаторе с расположенными на нем рым-болтами и пробкой для выпуска воздуха из бака трансформатора или газоотводным патрубком;
контактной клеммы;
верхней полимерной покрышки;
наполнителя для компенсации температурных изменений (во вводах с RIN изоляцией производства ООО «Масса» - завод «Изолятор» в качестве наполнителя применяется трансформаторное масло марки ВГ, если иное не указано в заводской инструкции);
нижнего экрана (для вводов класса напряжения более 110 кВ).
Рис. 1.5 Схема конструкции изоляционного остова ввода с твердой RIN-изоляцией.(RIP-изоляцией) С1 – емкость основной изоляции между нулевой и измерительной обкладками. Основная изоляция разделена на слои промежуточными (уравнительными) обкладками для регулирования электрического поля. С3- емкость наружного слоя изоляции между измерительной обкладкой и соединительной втулкой.
Обкладки служат для оптимального распределения электрического поля в радиальном и аксиальном направлениях, что обеспечивает наиболее высокие значения электрической прочности как внутренней, так и внешней изоляции, в том числе и по размещаемой в трансформаторе или реакторе нижней части ввода.
Затем заготовка пропитывается эпоксидным компаундом под вакуумом с последующим отверждением под давлением.
Таким образом из изоляции полностью вытесняются газовые включения. После термообработки и лакировки наружной поверхности изоляционный остов образует твердый сердечник, на который прессовой посадкой устанавливается соединительная втулка.
Внешняя изоляция закрывает верхнюю часть изоляционного остова, располагающуюся вне трансформатора, и выполняется из полимера.
Полимерная изоляция отливается из эластичного материала, созданного на основе оригинальных кремнийорганических композиций типа RTV-2 фирмы «Wacker Chemie GimbH», Германия.
Экран для выравнивания электрического поля у части вводов устанавливается в нижней части.
Основные преимущества вводов с полимерной внешней изоляцией:
пожаро-и взрывобезопасность вводов благодаря отсутствию в конструкции масла;
трекингэрозионная стойкость;
высокая грязестойкость благодаря высоким гидрофобным свойствам полимера;
электрическая прочность загрязненной изоляции, на 15-20% превышающая фарфоровые изоляторы;
высокая ударопрочность и сейсмотойкость благодаря эластичности материала;
отсутствие ограничений по углу установки ввода;
меньшая масса.
Создание электрической изоляции силовых и распределительных трансформаторов на неправильных геометрических деталях и поверхностях и их плотную изолировку невозможно осуществить обычной изоляционной бумагой. Для этих целей используется нетканый материал, который обеспечивает надежное сопряжение слоев изоляции при намотке и используется в высоковольтных трансформаторах в местах с высоким градиентом напряженности электрического поля.
Характеристики нетканого материала:
Высокая электрическая и механическая прочность;
Хорошая гибкость;
Хорошая прочность при растяжении;
Большое удлинение при разрыве;
Совместимость с жидкими диэлектриками;
Хорошая пропитываемость маслом.
Гидрофобность
Поскольку нетканый материал для RIN-изоляции пропитывается эпоксидной смолой в вакууме, то газовые включения целиком устраняются, что приводит к снижению уровня частичных разрядов (максимум 5 пКл в условиях двукратного фазного напряжения), и к снижению диэлектрических потерь (тангенс от 0,25 до 0,45 %).
На основе эпоксидных смол изготавливают электроизоляционные компаунды горячего и холодного отверждения, которые представляют собой композиции эпоксидной смолы, отвердителя, наполнителя и пластификатора. Однако применение этого высокотехнологичного материала ограничивается некоторыми его недостатками, прежде всего его нестойкостью к климатическим воздействиям (смена температуры, загрязнения и увлажнения) и относительно низкой ударостойкостью. Значительное улучшение механических свойств эпоксидных компаундов обеспечивается армированием стекловолокном: повышается ударопрочность, стойкость к вибрации, прочность на растяжение, на изгиб и на срез.
Составы на основе эпоксидных полимеров обладают очень высокими диэлектрическими, механическими и другими свойствами, превосходящими характеристики материалы прочих типов.
Многие современные высоковольтные объекты относятся к стратегически важным, поэтому устанавливаемые на них вводы имеют зачастую именно твердую RIP-изоляцию и RIN-изоляцию, обеспечивающую высокие механическую и термическую стойкость, экологичность, низкий уровень частичных разрядов, пожаро и взрывобезопасность. Кроме того, твердая изоляция позволяет полностью исключить потери при передаче электрической энергии.