УДК 621.316.35.064J242
Изоляция электрооборудования высокого напряжения и вентильные разрядники. Труды ВЭИ, 1982, вып. 91, с.46—50.
Приводятся методики выбора изоляционных расстояний шинопроводов с элегазовой изоляцией на ультра высокие напряжения, даны рекомендации по уменьшению потерь в оболочке шинопровода и созданию конструкции, в целом удобной для монтажа и эксплуатации; проводятся результаты тепловых испытаний и испытаний высоким напряжением.
Библиогр.: 3.
В. H. Вариводов, А. А. Панов, А. А. Демкин, А. С. Лисичкин
ШИНОПРОВОД С ЭЛЕГАЗОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ НА УЛЬТРА ВЫСОКИЕ КЛАССЫ НАПРЯЖЕНИЯ
Шинопровод для комплектно-распределительных устройств с основной изоляцией SF6 (КРУЭ) представляет собой участки сборных шин подстанции, а также токопроводы, соединяющие отдельные аппараты распределительного устройства, и является одним из наиболее ответственных элементов КРУЭ.
Основные требования, которые предъявляются при разработке электрооборудования, в том числе и шинопроводов, — это высокая надежность в работе и возможно более низкая стоимость. Для шинопроводов ультра высоких классов напряжения эти требования особенно жестки, так как короткое замыкание на шинах — наиболее тяжелый вид аварии на подстанции, а стоимость шинопровода составляет значительную часть стоимости всего оборудования КРУЭ.
Это обусловливает ряд особенностей работы шинопровода: повышенную рабочую напряженность электрического поля на токоведущих жилах (она примерно в 2 раза выше, нежели в оборудовании 110— 220 кВ), большие рабочие токи, что предопределяет наряду со значительной протяженностью шинопровода КРУЭ и большие потери на нагрев в оболочке.
В результате при разработке конструкции шинопровода возникает необходимость решения следующих задач: создания изоляции, способной длительно выдерживать высокие рабочие напряженности поля; уменьшения потерь в оболочке; создания конструкции, удобной для монтажа и эксплуатации.
Рис. 1. Секция шинопровода:
а— конструкция; б — не герметична я респорка и распределение максимальных напряженностей в ее толще (Ζ) и на поверхности диэлектрика (2)
Оболочка секции шинопровода 1 (рис. 1, а) выполнена в виде трубы из конструкционной стали, в которой для уменьшения потерь по рекомендации [1] установлены шины обратного тока 2 из стандартного алюминиевого прутка, расположенные под углом 120 относительно друг друга. Указанные шины привариваются к алюминиевым кольцам 3 и алюминиевым фланцем 4, к кольцам же крепятся и негерметичные распорки (изоляторы 5). Токоведущая жила, выполненная в виде алюминиевой трубы, поддерживается негерметичными опорными изоляторами через алюминиевые втулки 6, которые к тому же позволяют задавать необходимую конфигурацию электрического поля вблизи распорок. Для удобства монтажа секции в алюминиевых кольцах имеются катки 7. В результате смонтированная система в виде токоведущей жилы, втулок, распорок и колец достаточно легко вкатывается в оболочку. На концах секции предусмотрена возможность установки унифицированных герметичных изоляторов 8 со втычными контактами.
Оболочка поворотных элементов (колена, тройника, крестовины) изготовляется, как правило, из немагнитной стали или алюминия.
Одним из основных узлов поворотных элементов являются герметичные изоляционные распорки с электростатическими экранами. Трубчатые экраны имеются и на оболочке в местах стыка труб. Контактные узлы изоляционных распорок соединены между собой медными трубами. Для удобства монтажа в колене предусмотрен люк.
Расчет основной элегазовой изоляции шинопровода необходимо осуществлять на максимальную его длину (примерно 2 км) в соответствии с методикой, изложенной в [2],и с учетом того, что аппаратуру ультра высоких классов напряжения необходимо рассчитывать по коммутационным перенапряжениям.
Критерием работоспособности элегазовой изоляции оборудования переменного тока является выполнение следующего соотношения [2]:
где
— максимальная напряженность электрического поля,
возможная в эксплуатации при воздействии импульсных перенапряжений; E1 доп. и — допустимая напряженность поля в элегазовой изоляции при воздействии импульсного напряжения.
Допустимую напряженность поля при заданной вероятности пробоя Р в конструкциях с большими активными площадями можно определить по следующему соотношению:
где Е — электрическая прочность единичного элемента при вероятности пробоя, равной 0,63; S — активная площадь электродов [2].
Нижний предел по известным данным для давления элегаза 0,4 МПа можно принять 140—160 кВ/см.
В соответствии с данными [2] , рассматривая под единичным элементом участок шинопровода с площадью внутреннего электрода 0,5 м2, получаем что его электрическая прочность составляет 180 кВ/см. В результате расчета по этому соотношению при пессимистической оценке получаем Е > 142 кВ/см.
Радиальные размеры выбирают по следующему соотношению: 
где r — радиус жилы; К — радиус оболочки; Красп — коэффициент, учитывающий снижение электрической прочности на поверхности распорок и равный примерно 1,1; Ку— коэффициент, учитывающий изоляционных распорках на основе литых эпоксидных компаундов можно рассчитать с помощью разработанной методики, по предварительной оценке она составляет примерно 4,5—6 кВ/мм.
На основании вышеуказанных требований, анализа (с помощью ЭВМ) электростатических полей различных изоляционных узлов, а также с учетом условий технологичности монтажа была разработана негерметичная изоляционная распорка.
Как показывают проведенные расчеты, напряженность электрического поля в толще диэлектрика распорок не превышает 5,5 кВ/мм, а на поверхности составляет не более 9С% максимальной напряженности на токоведущей жиле. Это дает возможность предполагать высокие напряжения пробоя по толще и перекрытия по поверхности распорок (рис. 1,б).
Основное требование при выборе опорной изоляции шинопровода — это высокая электрическая и механическая прочность изоляционных распорок. При выборе их конструкции нужно учитывать, что пробой твердой изоляции может происходить как в толще диэлектрика, так и по его поверхности.
Известно, что высокое напряжение перекрытия изоляционных конструкций, находящихся в элегазе, имеет место, если напряженность на поверхности изолятора ниже, чем напряженность электрического поля на поверхности токоведущей жилы. Это, очевидно, можно принципиально учитывать и при конструировании опорной изоляции шинопроводов ультра высоких классов напряжения.
Важным для изоляции оборудования ультра высоких классов напряжения вследствие высоких рабочих напряженностей на токоведущих жилах является выбор рабочих напряженностей поля в толще твердого диэлектрика газонаполненной аппаратуры.
Как показано в [3] , длительно допустимую напряженность поля в возможные локальные усиления поля на поверхности жилы и равный примерно 1,3.
Рис. 2. Результаты испытаний секции шинопровода высоким напряжением при различных давлениях элегаза:
1 — воздействие грозовой волны (3,5x50 мкс); 2 — воздействие коммутационной волны (230х35 000 мкс); 3 — воздействие напряжения промышленной частоты
Металлические электроды перед заливкой обязательно подвергаются специальной химической обработке с целью повышения адгезии.
Высокая электрическая и механическая прочность распорок разработанной конструкции была подтверждена при испытаниях секции шинопровода, имеющего диаметр оболочки 1020 мм.
Испытания линейной секции шинопровода высоким напряжением проводились при разных формах воздействующего напряжения и различном давлении элегаза, причем при импульсных испытаниях определялась электрическая прочность, соответствующая 1% вероятности пробоя (по методике МЭК), а при испытаниях напряжением промышленной частоты — 50%-ная электрическая прочность.
Электроизоляционные характеристики секции шинопровода таковы (рис. 2), что позволяют ее использовать при напряжении 1150 кВ.
Проведенные тепловые испытания секции показали, что при номинальном токе 4 кА и температуре окружающей среды 40°С температура на поверхности оболочки не превышает 53°С, а использование шин обратного тока приводит к снижению потерь в оболочке в 4—5 раз.
Список литературы
- Карасев В. В., Филиппов А. Е. Методика снижения потерь в стальной оболочке высоковольтного токопровода. — Электротехника, 1977, № 4, с. 14-18.
- Бортник И. М. К выбору рабочих и испытательных напряженностей высоковольтного оборудования с изоляцией SFft. — Электричество, 1974, № 12, с. 20-27.
- Панов А. А., Вариводов В. Н. Расчет литой эпоксидной изоляции газонаполненных высоковольтных устройств переменного напряжения. - Электротехническая промышленность. Сер. Аппараты высокого напряжения, трансформаторы, силовые конденсаторы, 1977, вып. 10 (78), с. 10—14.
