高压套管设计

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1、绝缘结构设计原理课程设计专业：高电压与绝缘技术班级：电气 05-8 班 姓名：高享想 学号：0503010827设计题目330KV油纸/胶纸电容式变压器套管一 技术要求：额定电压 330KV额定电流 300A最大工作电压 363KV1Min 工频试验电压 510KV干试电压 670KV湿试电压 510KV1.2/50個 全波冲击试验电压1175KV二 设计任务：1 、确定电容芯子电气参数绝缘层最小厚度d绝缘层数 nmin极板上台阶长度九极板下台阶长度J2接地极板长度ln接地极板半径rn零序极板长度l零序极板半径r各层极板长度iox各层极板半径rx套管最大温升A0套管热击穿电压U.2、选出上下套

2、管并进行电气强度校核3、画出E -r分布图画出极板布置图电容式套管的结构概述电容式套管具有内绝缘和外绝缘。内绝缘或称主绝缘，为一圆柱形电 容芯子，外绝缘为瓷套。瓷套的中部有供安装用的金属连接套筒，或称法 兰。套管头部有供油量变化的金属容器称为油枕。套管内部抽真空并充满 矿物油。套管的整体连接（电容芯子、瓷套、连接套筒和油枕等的连接）有两种基 本形式，即用强力弹簧通过导杆压紧得方式（大多用于油纸式电容套管）以及 用螺栓在连接处直接卡装的方式（大多用于胶纸式电容套管）。连接处必须采 用优质的耐油橡皮垫圈以保证套管的密封（不漏油和不使潮气侵入），要有一 定的机械强度和弹性。油纸式电容套管内部有弹性板

3、，与弹簧共同对因温 度变化所引起的长度变化起调节作用，以防密封的破坏。套管除主体结构外，还有运行维护所需要的装置，如在油枕上装有油 面指示器，联接套筒上装有测量用的接头（运行时和联接套筒接通），取油样 装置及注油孔等。电容式套管的瓷套是外绝缘，同时也为内绝缘和油的容器。变压器套 管上瓷套表面有伞裙，以提高外绝缘抵抗大气条件如雨、雾、露、潮湿、 脏污等的能力，下瓷套在油中工作，表面有棱。胶纸式变压器套管无下瓷 套。电容套管的电气计算电容芯子设计电容芯子内部是按轴向场强均匀分布的原则设计的，即各绝缘层的电 容相等以及各极板间的长度差相等，而绝缘厚度不等。此时得到径向场强 只是稍不均匀的。由于零部件

4、对电场的影响，内部电极布置时尚应注意各 部分的电屏蔽，才能获得较好的电气特性。电容芯子电气参数电容套管的主要设计参数是电容芯子的辐向最大工作场强 Erm 其次是rm在干闪络试验电压下，电容芯子上部和下部的轴向场强E和E。这些参数12 决定套管电容芯子的径向和轴向尺寸，同时必须有一定的绝缘裕度以保证 必要的电性要求。E 按最大工作电压下不发生有害局放这一原则而决定。对于油纸绝缘， 更须考虑由足够的裕度，以免局部放电发展。一 330KV 油纸电容式变压器套管1 E 的确定rm根据工艺情况选定绝缘层最小厚度dmin = 1.3mm 油纸绝缘金属极板在油中k = 10.6 mmE = k d = 10

5、.6 X 3.50.45 X 1.30.55 = 4.823MV / m 设绝缘裕度为1.8TE = E /1.8 = 4.823/1.8 = 2.68MV / m2确定绝缘层数nn 二U /(E d )二 363/沪/(2.68*1.3)二 61(层)rm min1此时厚度最小绝缘层的滑闪电压U = k (d/.45 = 27.2x(1.3/3.5A45 = 17.419kvw 1 r 与干试电压相比，安全裕度=17.419/(670/61)= 1.5863 长度计算可依据电气绝缘结构设计原理图2-69或经验确定上瓷套长度L，B 取 L = 272cm。(1) 确定极板上台阶长度人和极板下台

6、阶长度码电容芯子轴向场强E和E的选择，要保证在干闪络电压下，电容 芯子的上部或下部不发生轴向闪络。一般上部较长，幷较低，发生这种 闪 络的可能性极小，因此，下部轴向场强是主要的。 1选择内绝缘对上瓷套的屏蔽长度，上端为20%L，下端为10%L，贝I电BB容芯子的上端绝缘长度为n 九=L 0.1L 0.2L = 0.7 L1 BBBB九=0.7L /n = 0.7x 272/61 = 3.2cm 令下台阶为上台阶的601%B九=0.6 九=0.6 x 3.2 = 2.0cm在干试电压下的下端轴向场强E = 670/(20X61)= 0.549MV /m2贝九=九+九=3.2 + 2 = 5.2c

7、m(2) 确定接地极板长度l，零序极板长度l及各层极板长度ln0x由于法兰长度l未做规定，可选则最有利的条件乙=g = 4.1，则l = n 九 / G1)= 61 x 5.2/(4.1 1)= 103cmr1n法兰长度L =l (0.1L +11cm) =103(27 +11) = 65cmf nB其中11cm为选取对下瓷套的屏蔽长度。下瓷套长度L = n 九 +11 + 0.1LH 2 HL = (61x 2 +11)/0.9 = 148cmHl = l + n = 103 + 61x 5.2 = 420cm0n 所以实际上g= l /1 = 420/103 = 4.080n下瓷套闪络电压

8、，可以放放电平均场强0.65MV / m来校核，则U = 1480x 0.65 = 962kv670kv序数为1 的极板长度1 = 1 九=420 - 5.2 = 414.8cm101 1 九 x 420 5.2x x0具体数据见附表，因此A (1 +1 )n /2ln g (414.8 +103) x 61/2ln 4.08 11232(3) 确定零序极板半径r接地极板半径r及各层极板半径r0，nxU A U 3 A 263/11232r maxx 3.48cm0 E n1 E n1 26.861x 414.8rm 1rm 1接地极板半径r gr 4.08x3.4814.20cm(1 +11

9、x序数为x的极板半探0r r exp x0 具体数据见附录一 04 选上瓷套进行电气强度效验(1) 干闪电压干放平均场强约为0.3MV / m，干闪络电压U 272 x 3.0 816kv， 干与干试电压相比较，安全裕度为816 / 670 1.22 1.0，满足裕度。(2) 湿闪电压U 3.56L0.77 + 2.65n10.6 (a / a)其中湿1L 套管的瓷套有效高度 a 伞内两点间的最大距离 a 裙宽1 裙距L272cm，n22cm，1 10cm，a0.515cm，a /a1.51 U 3.56 x 2720.77 + 2.65 x 22x 100.6 x 1.5 614.87kv湿

10、与湿试电压相比较，安全裕度为614.87/510二1.201.0，满足裕度。(3)1.2/50卩s雷电波电压 U = 40 + 5.06a = 40 + 5.06 x 272 = 1420kvs与1.2/50個全波冲击试验电压1175KV相比， 安全裕度为1420/1175二1.21,满足裕度。5计算套管最大温升& 温升计算的目的是使套管在工作电流的长期作用下，发热温度不超过 材料的耐热性要求(油纸105C，胶纸120C)。套管的发热和散热情况类似圆柱体结构，但因存在轴向散热现象，故 比单芯电缆结构要复杂得多。一般最大温升的计算忽略了轴向导出热量 的问题，所得数值常偏高。A0=p1 + p2/

11、2 + p1 + p2式中r-nr0-九-b -p1-2KX /ln(rn / r0)2兀叩芯子浸油部分最大外半径(m );导管外半径(m )；()芯子绝缘层的导热系数S / mc丿，胶纸0.22，油纸0.25 芯子在油中的表面散热系数，一般可取0.05W / mc ； 单位长度的导杆发热量(W /m), p1二12R,其中I为额定 电流，R导杆单位长度有效电阻套管单位长度的介质发热量(W/m)，p2二U2oCtg6 /L， (l0 + ln )式中U为额定电压；C = r 2为套管总电容，21n. x 9 x 1011 = 2兀f = 314，製=0.007，为在工作状态下的介质损耗, L为

12、电容芯子绝缘部分总长度(m)。式中包含两部分，前一部分代表套管内部热传导的温度差，分散热 源如介质损耗的等效热功率为 p2 /2；后一部分代表套管表面与周围有的 温度差。Ae= p + p2/2 + p + p22兀九 /ln(rn / r0)2兀 rnb7.55 C 25C5.413 + 8.617/25.413 + 8.617+2兀 x 0.25 /ln(14.20/3.48)2兀 x 14.20 x 0.056 计算套管热击穿电压 U j电容套管辐向电击穿，在一般材料质地良好和制造上无重大缺陷时不会发生。但是，电容套管热击穿的可能性还是存在的，特别是胶纸套管，当胶纸的tg 5和温度系数大

13、时可能发生。热击穿电压可以按单向冷却圆柱结构的情况计算，由于忽略了轴向散热，计算值常偏低。U. = 1.9 x 105- e(c)jJ 介/&50即U. = 1.2 x105 Ljrtg50式中tg5 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，取a = 0.049 ；九、8r、f 符号同前；申（c T与结构尺寸和导散热量有关的系数，一般取申（c） = 0.63O因此可得套管热击穿电压U. = 1.2 x 105-= 1.2 x 105_= 245kvja f 8 rtg500.049 x 50 x 3.5 x 0.007附录一运行程序及结果：单位Cm )L0=420,

14、R0=3.48;for i=1:1:61;L(i)=L0-5.2*i;R(i)=R0*exp(L(1)+L(i)*i)/(2*11232);endfor i=1:1:61;fprintf(L%d=%f,R%d=%fn,i,L(i),i,R(i);end极板序号x极板长度L 极板半径Rx=l,Ll=414.800000,Rl=3.610920 x=2,L2=409.600000,R2=3.745030 x=3,L3=404.400000,R3=3.882324 x=4,L4=399.200000,R4=4.022788 x=5,L 5=394.000000,R 5=4.166405 x=6,L6=388.800000,R 6=4.313152 x=7,L7=383.600000,R7=4.463001 x=8,L8=378.400000,R8=4.615919 x=9,L9=373.200000,R9=4.771866 x=10,L10=368.000000,R10=4.930799 x=11,L11=362.800000,R11=5.092666 x=12,L12=357.600000,R12=5.257413 x=13,L