高压套管绝缘结构设计课程设计(哈理工)

1、330kV油纸电容式套管电磁计算与结构设计专业：电气工程及其自动化班级：学号：姓名：指导教师:设计条件与任务1设计条件额定电压UA=330kV , In=315A ,最大工作电压 Um=363kV , 1min工频耐压试验电压为 570kV 干闪络实验电压为 670kV，温闪络试验电压为 510kV , 1.2/50全波冲击试验电压为 1050kV 2设计任务(1 )确定电容芯子电气参数1绝缘层最小厚度2绝缘层数3极板上下台阶长度4各层级尺寸5. 温升6. 热击穿电压(2) 选出上下瓷套并进行电气强度枝枝绝缘(3) 画出极板布置图，E-r分布图以及装配图(4) 撰写课程设计报告一. 设计原理1

2、. 所谓套管就是用来把电流引入或引出变压器，断路器或其他设备的金属外壳，也用于导体 或母线穿过建筑物或墙壁，其中最常用的是电容式套管，其一般为油纸绝缘和胶纸绝缘套管，而瓷套是外绝缘，一般认为是辅助绝缘(1) 电容式套管具有内绝缘与外绝缘，其内绝缘是主绝缘，外绝缘是瓷套，如外胶纸式变 压器套管无下瓷套(2) 胶纸套管的电容芯子是由厚0.050,07毫不透油单面胶纸和具有一定尺寸的电容极板卷制而成的圆柱电容芯子，一般高压电容式套管的绝缘层最小厚度为11.2mm工频常温下胶纸绝缘的tan ： 1.0 合格内外绝缘的配合，除了内绝缘的耐电强度应高于外绝缘以外，还应考虑内绝缘对外绝缘的电场调节作用，即电

3、场的屏蔽作用，为了屏蔽，电容芯子的接地极板应比法兰高出约为上瓷套 放点距离L1的8.5-10%而芯子的最内层极板赢低于上瓷套的上端盖约为20-25%的上瓷套放电距离L1，这样可以减小法兰和上端盖附近的电场集中，使上瓷套表面电压分布较为均匀， 以提高闪络性能。因此，电容极板的上部台阶长度与瓷套的放电距离有如下关系：n =(8.510)%L 1+(2025)%L 1=L 1n 疋 65%L 1式中L1上瓷套的放电距离n -1 极板上台阶的总和，在实际设计中，各台阶长度相等，n为层数选择内绝缘对上瓷套的屏蔽长度，上端为20%Lb，下端为10%Lb，则电容芯子的上端绝缘长度 n =0.7Lb胶纸:0.

4、7LB 0.7*272、B2.3cm1n83油纸:0.7LB0.7*272 13.1cmn62令下台阶为上台阶的60%胶纸:2 =1.4cm油纸: 2 =1.9cm胶纸: =3.7cm油纸: =5cm（4）各层极板尺寸670E20.577MV /m （胶纸）14*83670E20.569MV /m （油纸）19*620.65mv/m由于法兰长度L未作规定，可选Ws上为在干试下端轴向场强小于平均放电场强 择最有利条件l =4.1贝U183lnn*3.7 =99cm （胶纸）-14.1-1162l nn*5 = 100cm （油纸）-14.1-1法兰长度 Lf=Ln-（0.1Lb+9）=99-（2

5、7+9）=63cm其中9cm为选取对下瓷套的屏蔽长度 法兰长度Lf=64cm （油纸） 下瓷套长度胶纸：Lh = n，29 - 0.1LhLh= (8.3X1.4+9 ) /0.9=139.1cm 取 139cmL0=99+83X3.7=406.1cm 取 406cm实际上=l0/ ln =406/99 =4.1油纸 Lh 二 n 29 0.1LhLh = (62 X 1.9+9) /0.9=141cm3 =n =100+6. 2 X 5=410cm实际上：=l0/ln =406/99 =4.1补：冲击电压校验 1.2/50金波Us=50+5.066=50+5.06 X 272=1426kv安

6、全裕度：1426/1050=1.36 1.0 合格下瓷套闪絡电压，可以放电平均场强0.65mv/m来校正胶纸：Us=1390X 0.65=903.5kv 670kv油纸：Us=1410X 0.15=916.5kv 670kv而入层的极极长度=Ln (n -x)在等电容的情况下，任何一层的电容为20l n20ln “20l n2二；厂0山Ckln r / r0ln r2 / r1ln rx / rxjln rn / rn/式中：Lo最内层（零序）极的半径与长度；r 相对介电常数，油纸绝缘3.5，胶纸3.8-4.5；0 真空的电容率，8.854 X OOF/m电容式根据合比定理a c e gace

7、g * l1l2 =b d f hb d f h i n 土 “ ？roriInInrnTxrxjrnj式中1 Wn/r。，在一般情况下可取裁：l “0/ln，只有当l二时，则取l；当r = I时，rolo = rn n，在工作电压下最内层和最外层绝缘工作场强均为Erm设最内层绝缘中工作场强为Erm时U A则由式可得Erm* -nr。 h解出零序极极半径r。UA* Erml1n接地极极半径rn丄*上Erm I n由上式可得rx二r0 也2A解出极极半径rx二r0 仏也2A取 r =4.1胶纸人=也塾=148532ln lrr0 =4.4cmrn_363_ * 4.1*14853.3 *2140

8、6*83=18.64 cm油纸血=112052ln 363 生 11205* 3*28410*62=3.3cm363 * 4.1*11205r :*n 3*28410*62= 13.5cm(5)温升温升计算的目的是，校核套管在额定工作条件下最大发热温度不超过材料的耐热性要求， 一般油纸为105C，胶纸为120 C,胶质套管最大温升出现于浸油部合芯子直径最粗段，基 本上属于径向发热。可根据发热量与散热量平衡来计算导杆附近最大温度与套管周围油温之 差即最大温升A0121 22 二1 ”22 二 rn-4r。式中rn 芯子浸油部分最大外半径r0 导杆外半径-芯子在油中的表面散热系数，一般可取500R

9、 单位长度的导杆发热量（w/m）, P=IR2 .，其中I为额定电流，R为导杆单 位长度有效电阻P?套管单位长度的介质发热量（w/m） ； F2之egd .其中v为额定电压，c为套管电容；3 =2 f二=314,00为在工作状态下的介质损耗L电容芯子绝缘部分总长度对于胶纸套管rn=18.04cm ro=4.4cm =0.22P = i2rp 导体电阻率. 厅 2 p + p mm /m 对于铜 p =0.0181+0.004（v -20）v为导体的计算温度选取额定电流的密度为2A/mm 2I2=2A=I/2=250 mmA有效横截面积为 250 mm2，取横截面积400 mm2, r=11.2

10、9m, R= p x l/Ap =0.018H0.004(120-20)=0.0252 门 mm2 / mL =lo =4.06mtan、=0.01 , tan、胶纸 0.03-0.012 2P=l R = 5000.0252 x 1/400=15.75 (w/m)讥冒)2ln r 9*1011=378*10 42F3 =2 二 f=314P2 =12.84W / m丄2：.:0 lr丁(丁)2ln r 9*101112=351*10 F-=22.6 0.5 = 23.1 ：25C2 二 rncrln-r。对于油纸:rn=13.5cm r0=3.3cm 入=0.25% =3.5p =0.018

11、1+0.004(105-20)=0.024Q mm因为额定电流在 2-25 A/mm1 1=20.49 0.61 = 21.1 ：25C，选取额定电流密度为2 A/mm2尬2兀r r。21/A=2A=500/2=250 mm有效的横截面积为250,取横截面积 300 mm2，半径r=9.77 mmL=l 0=410 cm=4.1 mtg S =0.005 , tg S 油纸 0.002-0.007 ,入=0.25R=|2R=50dX 0.025 X (1/300)=20 W/m计算值常偏低,Uf=1.9*105 * * af 耳 tan 60(c) kV3 =2 二 f=314p2 =5.9W

12、 / m式中tg S 0 电容芯子在周围环境温度下的介质损耗值a 介质损耗的温度系数入1 r1f符号同前0 (c)与结构尺寸和导散热量有关的系数，根据我国实践经验,(c) =0.63因此可得套管的热击穿电压52ut*10胶纸：入=0.22a=0.04/ C f=50=3.8tg S 0=0.01Uf= 1.2*1050.22:0.04*50*3.8*0.01油纸：入=0.25a=0.07/ C f=50=204kV r = 35tg S 0=0.005胶妊E-珀布曲线 oIX2lx130昨川川川社 mm0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617181920r(em

13、)表1 胶纸层Lx(cm)Rx(cm)Er(kV/cm)层Lx(cm)Rx(cm)Er(kV/cm)04064.402142250.611.1313.41402.34.5220.843246.911.3213.42398.64.6420.344247.511.7113.43394.94.7719.945239.511.713.44396.24.919.646235.811.8913.45387.55.0319.247232.112.0813.46383.85.1618.948228.412.2613.47380.15.318.649224.712.4513.48376.45.4318.4502

14、2112.6413.49372.75.5718.151217.312.8312.5103695.7117.852213.613.0213.511165.35.8517.653209.913.2013.512361.66.0017.654206.213.3913.613357.96.1517.055202.513.5713.714354.26.316.856198.813.7613.715350.56.4518.657195.113.9413.816346.86.616.458191.414.1313.917343.16.7616.259187.714.3114.018339.46.7116.0

15、6018414.4914.119335.77.0715.861180.314.6714.2203327.2315.662176.614.8614.321328.37.2315.662176.614.8414.322324.67.5915.364169.215.1914.623320.97.7215.165165.515.3714.724317.27.8915.066161.815.5414.925313.58.0614.867158.115.7015.126309.88.2314.768154.415.8715.327306.18.4114.669150.716.0315.528302.48.

16、5814.57014716.2015.829298.78.7514.471143.316.3516.0302958.9314.272139.616.5116.331291.39.1114.173135.916.6616.632287.69.2914.074132.216.8216.933283.99.4714.075128.516.9617.234280.29.6513.976124.817.1117.635276.59.8313.877121.117.2518.036272.810.0213.778117.417.3918.437269.110.2013.779113.717.5318.83

17、8265.410.3913.68011017.6619.339261.710.5713.681106.317.7919.84025810.7613.5182102.617.9120.441254.310.9513.5839918.0421表2油纸层Lx(cm)Rx(cm)Er(kV/cm)层Lx(cm)Rx(cm)Er(kV/cm)04103.3028322508.4717.914053.4227.4332458.6617.924003.5526.7342408.8517.833953.6826.0352359.0417.843903.8125.5362309.2317.853853.9425

18、.0372259.4217.963804.0824.4382209.6017.973754.2223.9392159.7918.083704.3623.5402109.9818.193654.5023.14120510.1718.2103604.6522.64220010.3518.3113554.8022.24319510.5418.4123504.9621.84419010.7218.6133455.1121.54518510.9018.8143405.2721.14618011.0819.0153355.4320.84717511.2619.2163305.6020.54817011.4319.5173255.7620.24916511.6019.8183205.9320.05016011.7720.1193156.1019.75115511.9420.5203106.2719.55215012.1020.9213056.4519.35314512.2621.3223006.6319.05414012.4221.8232956.8018.95513512.5722.3242906.9818.756