ГЛАВА ПЕРВАЯ
ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ВВОДЫ,
ИХ КОНСТРУКЦИЯ И НАЗНАЧЕНИЕ
§ 1. Вводы и их назначение в электротехнических установках
Вводы — это сложные проходные изоляторы больших габаритов. Длина самого маленького ввода на напряжение 66 кВ составляет 1415 мм, а самого большого на напряжение 750 кВ — 8500 мм.
Проходной изолятор (рис. 1) состоит из основания, или корпуса, который представляет собой фарфоровую деталь 3. Через внутренний объем фарфоровой детали пропущен токоведущий металлический стержень (шина) 1 круглого или прямоугольного сечения или группа шин (в изоляторах на большие токи). Токоведущие стержни в проходных изоляторах крепятся в металлических колпаках 2 и 5 (рис. 2), которые закрепляются на концах фарфоровой детали 3 цементно-песчаным составом. Внутреннюю изоляцию проходного изолятора составляет воздух, находящийся внутри фарфоровой детали 3. Слой воздуха, окружающий металлический стержень, и стенка фарфоровой детали 3 изолируют стержень, находящийся под высоким напряжением, от заземленного фланца 4.
Проходные изоляторы применяют для вывода проводов высокого напряжения из баков трансформаторов, масляных выключателей, а также для прокладки проводов через стены зданий. Проходной изолятор крепят на крышке бака или на стене здания металлическим фланцем 4. Проходные изоляторы могут удовлетворительно работать на высоте не более 1000 м над уровнем моря и в интервале температур от —40 до +45°С при относительной влажности до 85%. Соответствующие конструкции изоляторов могут использоваться для других, более тяжелых окружающих условий.
Проходные изоляторы для наружных установок (рис. 3) имеют фарфоровую деталь 3 с далеко выступающими ребрами (крыльями), которые расположены в верхней части изолятора, предназначенной для работы в наружной атмосфере. Далеко выступающие ребра защищают от дождя расположенные под ними части изолятора. Этим достигается сохранение необходимого уровня изоляции при воздействии на изолятор дождя. Верхняя часть корпуса проходного изолятора, находящаяся в наружной атмосфере, называется внешней изоляцией проходного изолятора.
Рис. I. Проходной изолятор для внутренних установок на напряжение 10 кВ и ток 630 А:
1 — металлическая шина, 2, 5 — металлические колпаки, 3 — фарфоровая деталь, 4 — фланец
Рис. 3. Проходной изолятор для наружных установок на напряжение 10 кВ и ток 1000 А:
1 — металлическая шина, 2, 5 — центрирующие шайбы, 3 — фарфоровая деталь, 4 — фланец
Рис. 2. Проходной изолятор для внутренних установок на напряжение 10 кВ и ток 1000 Л:
1 — токоведущая шина·, 2,5 — центрирующие шайбы, 3 — фарфоровая деталь, 4 — фланец
Вводы (рис. 4), как и проходные изоляторы, имеют внешнюю и внутреннюю изоляцию. Внешняя изоляция состоит из верхней фарфоровой покрышки 4, находящейся во внешней атмосфере и герметично соединенной с нижней фарфоровой покрышкой 9 металлической соединительной втулкой 7 и кольцевыми прокладками 17 из маслостойкой резины.
В верхней части ввода расположен компенсатор давления 2, герметично соединенный с верхней фарфоровой покрышкой 4. У негерметичных вводов вместо компенсатора давления имеется маслорасширитель. У вводов на напряжения 330, 500 и 750 кВ и у линейных вводов эти части отсутствуют; они заменены баком давления, присоединенным к вводу гибким трубопроводом.
Компенсатор давления служит для компенсации температурных изменений объема масла, находящегося внутри ввода, так как объем масла увеличивается при нагревании его и уменьшается при снижении температуры масла во вводе в процессе эксплуатации. Внутри ввода проходит медная или латунная труба 3, соединяющая основные части ввода. Латунные трубы применяют во вводах, в которых они не являются токоведущими элементами. В остальных случаях применяют трубы из проводниковой меди.
Рис. 4. Маслонаполненный герметичный ввод для трансформаторов на напряжение 110 кВ:
1 — контактный зажим. 2 — компенсатор давления, 3 — соединительная труба, 4, 9 — верхняя и нижняя фарфоровые покрышки, 5 — изоляционный сердечник (остов). 6 — измерительный вывод, 7 — соединительная втулка, 3 — вентиль к манометру, 10 — бумажно-бакелитовый цилиндр, 11 — гетинаксовая шайба, 12 — кольцевая резиновая прокладка, 13 — латунный стакан, 14 — экран, 15 — фланец, 16 — грузовая косынка, 17 — уплотняющие резиновые прокладки
На трубе расположена внутренняя изоляция — изоляционный сердечник (остов) 5 ввода. У большинства вводов внутренней изоляцией служит многослойная бумажная намотка 2 (рис. 5), пропитанная нефтяным изоляционным маслом и разделенная на отдельные слои уравнительными обкладками 4 из алюминиевой фольги. Назначение уравнительных обкладок состоит в выравнивании электрического поля внутри ввода и на его поверхности, что позволяет повысить электрическую прочность ввода.
Изоляционный сердечник 5 своим нижним выступом опирается на цилиндр 10 из бакелитизированной бумаги (см. рис. 4) и на гетинаксовую шайбу 11, лежащую на поверхности латунного стакана 13, навернутого на соединительную трубу 3 ввода. В нижней части ввода (рис. 6) между его тремя сочленяющимися частями проложены кольцевые прокладки 5 из маслостойкой резины. С их помощью достигается герметичность ввода.
Рис. 5. Изоляционный остов (сердечник) ввода на напряжение 110 кВ:
1 — соединительная труба, 2 — намотка из изоляционной бумаги, 3, 4 — дополнительные и основные обкладки из алюминиевой фольги, 5 — гибкий провод от последней обкладки изоляционного остова
Все металлические детали в нижней части ввода закрыты алюминиевым экраном, позволяющим выровнять электрическое поле, снизив напряженности, действующие на масло в трансформаторе, в котором будет находиться нижняя часть ввода. В стакане имеется нарезная пробна для спуска масла из ввода (на рисунке непоказана).
Рис. 6. Нижняя часть герметичного ввода на напряжение 110 кВ:
1 — соединительная труба, 2 — намотка из изоляционной бумаги, 3 — цилиндр из бакелитизированной бумаги, 4 — нижняя фарфоровая покрышка, 5 — уплотняющие резиновые прокладки, 6 — стакан, 7 — фланец, 8 — экран, 9 — гетинаксовая шайба, 10— изоляционное масло
Верхняя часть ввода, показанная на рис. 7, состоит из металлического корпуса компенсатора давления 11, герметически закрытого сверху упругой металлической диафрагмой 8. Герметичность всех соединяемых деталей в компенсаторе и герметичность верхней фарфоровой покрышки 15 достигается кольцевыми прокладками 2, 4, 10 и 14 из маслостойкой резины и нажимным устройством, которое состоит из фланцев 3, 5, 9 и втулки 22, навернутых на нарезную часть трубы 16. Сверху компенсатор давления закрыт кожухом 7. Внутри компенсатора давления находятся сильфоны 12, расположенные по окружности в направляющем устройстве 13. Сильфоны представляют собой гофрированные металлические коробки цилиндрической формы (рис. 8). Применяют сильфоны и другой формы, например тарельчатой (рис. 9). Сильфоны обеспечивают давление внутри ввода 0,005—0,28 МПа, контролируемое манометром, установленным на его соединительной втулке.
Все части ввода, через которые проходит соединительная труба 16, сочленяются друг с другом стальными спиральными пружинами 17 и нажимным устройством (см. рис. 7). Нажимное устройство состоит из гайки 20, навернутой на резьбовую часть трубы 16, и диска 19, сжимающего пружины под действием болтов 2U. Внутри каждой пружины расположены направляющие стальные шпильки 18, закрепленные в диске 19. Компенсатор давления с помощью нажимного устройства и кольцевой резиновой прокладки 14 плотно соединяется с верхней торцовой частью фарфоровой покрышки 15.
Контактная шпилька 23 закрепляется на трубе 16 ввода с помощью фланца 5, навернутого на втулку 22, и фланца 3, привернутого болтами к поверхности фланца 5.
Рис. 8. Цилиндрический сильфон для компенсатора давления герметичного ввода
Рис. 7. Верхняя часть герметичного ввода на напряжение 110 кВ — компенсатор давления: 1 — стопорная шайба, 2, 4, 10, 14 — кольцевые резиновые прокладки, 3, 5, 9— фланцы, 6 — винт, 7 —защитный кожух, 8 — диафрагма, 11 — корпус компенсатора, 12 — сильфоны, 13 — направляющие устройства, 15 — верхняя фарфоровая покрышка, 15 — соединительная труба, 17 — стальные спиральные пружины, 18 — направляющая стальная шпилька, 19 — нажимной диск, 20 — большая гайка, 21 — нажимной болт, 22— втулка, 23 — контактная шпилька, 24, 25 — гайки, 26— болты с гайками, 27 — контактный зажим
Рис. 9. Тарельчатый сильфон компенсации давления в герметичном вводе на напряжение 110 кВ
Герметичность соединения достигается кольцевыми резиновыми прокладками 2 и 4, стопорной шайбой (фланцем) 1 и гайкой 24, навернутой на контактную шпильку 23. Второй гайкой 25 крепится кожух 7 компенсатора давления.
Рис. 10. Расположение диафрагм в компенсаторе давления герметичного ввода на напряжение 110 кВ: 1 — диафрагмы, 2 — корпус компенсатора давления, 3 — нажимная гайка, 4 — пружина, 5— шпилька, 6 — нажимной диск, 7 — бумажно — бакелитовые кольца, 8 — втулка, 9— соединительная труба
Рис. 11. Измерительный вывод на соединительной втулке ввода на напряжение 110 кВ:
1— последняя уравнительная обкладка, 2 — изоляционное масло, 3 — линоксиновая трубка, 4 — гибкий проводник, 5 — проходной фарфоровый изолятор, 6 — соединительная втулка, 7 —резиновые прокладки, 8 — фланец, 9 — колпачок, 10 — заземляющий провод,11 — контактная шпилька, 12 — винт
Контактный зажим 27, закрепленный на латунной контактной шпильке 23 болтами 26, служит для присоединения к вводу внешних проводов. Кабель от обмотки трансформатора проходит снизу через внутреннюю полость соединительной трубы 16 ввода; конец его впаивается в выемку контактной шпильки 23. Расположение диафрагм в компенсаторе давления ввода на напряжение 110 кВ показано на рис. 10.
Соединительная втулка 7 ввода (см. рис. 4) имеет вывод 6. В нем через проходной фарфоровый изолятор пропущен из ввода гибкий медный провод, присоединенный к последней обкладке на изоляционном сердечнике 5 ввода, который необходим для измерения tgδ1 и емкости C1 внутренней изоляции ввода. Эти параметры измеряются у вводов через определенные промежутки времени для контроля их изоляции.
Во время эксплуатации ввода провод должен быть надежно заземлен. Для этого его присоединяют к корпусу соединительной втулки проводом 10, как показано на рис. 11.
Рис. 12. Схема соединения основной С1 и дополнительной С2 емкостей остова ввода
Рис 13. Герметичный маслонаполненный ввод для трансформаторов на напряжение 110 кВ: 1 — контактный зажим, 2 — корпус компенсатора давления, 3, 8 — фарфоровые покрышки, 4 — манометр, 5 — вентиль, 6— грузовые косынки, 8 — соединительная втулка, 9 — экран, 10— измерительный вывод, 11 — газоотводный патрубок
Рис. 14. Маслонаполненный герметичный ввод для трансформаторов на напряжение 500 кВ:
1, 6 — верхняя и нижняя фарфоровые покрышки. 2 — манометр, 3 — бак,
4 — трубопровод, 5 — соединительная втулка, 7,8 — нижний и верхний экраны, 9 — контактный зажим
У вводов, имеющих дополнительную емкость С2, выполненную в виде цилиндрического бумажного конденсатора (рис. 12), намотанного на основной изоляционный сердечник остова, провод а от последней обкладки заземляется наглухо внутри ввода, а от предпоследней — выводится провод b (через фарфоровый проходной изолятор) на внешнюю сторону соединительной втулки. Падение напряжения на образованной емкости С2 измеряется специальными приборами ПИН. Соединительная втулка 7 (см. рис. 4) снабжена фланцем 15, которым крепится ввод на крышке трансформатора, масляного выключателя, в проеме на стене пли в перекрытии зданий.
На соединительной втулке ввода (рис. 13) расположены манометр 4, вентиль 5 и приспособления для подъема ввода — грузовые косынки 6 (или рым-болты), а также измерительный вывод 10, газоотводный патрубок 11, предназначенный для подсоединения газового реле, и отверстия для выпуска воздуха из трансформатора. Внутреннее пространство ввода п бумажная изоляция сердечника заполнены нефтяным изоляционным маслом. Кроме описанного герметичного ввода на напряжение 110 кВ выпускают герметичные вводы такой же конструкции на напряжения 150, 220, 330, 500 и 750 кВ. Они отличаются от ввода на 110 кВ в основном габаритами, что обусловлено усилением внешней и внутренней изоляции вводов на более высокие напряжения.
Некоторые герметичные вводы на напряжения 330, 500 и 750 кВ, а также линейные вводы не имеют компенсаторов давления в головной части. Температурная компенсация объема масла в таких вводах (рис. 14) осуществляется сильфонами, помещенными в бак давления 3, который соединен с вводом гибким трубопроводом 4. На крышке бака давления имеется измерительное устройство с манометром 2 для контроля давления в системе ввод — бак.
Давление во вводах должно находиться в определенных пределах. Завод-изготовитель к каждой группе ввода с соответствующим объемом изоляционного масла прилагает графики допустимого измерения давления во вводе. Для трансформаторного ввода на напряжение 110 кВ графики давления даны на рис. 15. При отсутствии внешнего дополнительного подогрева давление во вводе должно соответствовать кривой MN с некоторым разбросом. Кривая ВС соответствует верхнему пределу изменения давления при максимальной нагрузке ввода, а кривая АР — нижнему пределу при нерабочем состоянии ввода. В случае же выхода давления из установленных пределов необходимо произвести регулирование давления (см. гл. VI).
Кроме вводов с внутренней бумажно-масляной изоляцией выпускают вводы с твердой изоляцией. Их изоляционный сердечник состоит из бумажной намотки, пропитанной бакелитовой смолой. Как во вводах с бумажно-масляной изоляцией, так и во вводах с твердой изоляцией бумажная намотка сердечника разделена на слои обкладками из алюминиевой фольги или слоями бумаги, в состав которой входит тонкоизмельченный графит.
Рис. 15. Зависимость давления от температуры в герметичном вводе на напряжение 110 кВ
Рис. 16. Схематический поперечный разрез ввода с маслобарьерной изоляцией:
1 — фланец соединительной втулки, 2 — жидкий диэлектрик (изоляционное масло), 3— бумажно-бакелитовые цилиндры, 4 — соединительная труба
Вводы на напряжение 66 кВ выпускают с внутренней маслобарьерной изоляцией. Она состоит из жидкого диэлектрика — нефтяного изоляционного масла 2, который разделен на слои концентрически расположенными бумажно-бакелитовыми цилиндрами 3 (рис. 16). На наружной поверхности каждого цилиндра имеются обкладки из алюминиевой фольги. Для снижения напряженности электрического ноля на поверхность алюминиевых обкладок накладывают слой бумажной изоляции толщиной 1—2 мм.
Внутренняя изоляция любого ввода представляет собой систему цилиндрических конденсаторов одинаковой емкости, соединенных последовательно. Такая система внутренней изоляции обеспечивает равномерное распределение—электрического поля—как внутри ввода, так и на поверхности внешней изоляции и гарантирует надежность работы вводов.
Как указывалось ранее, вводы применяют для вывода проводов высокого напряжения из баков трансформаторов, масляных выключателей, реакторов, а также для прокладки проводов высокого напряжения через стены и перекрытия зданий (линейные выводы).
Нижняя часть вводов для трансформаторов и масляных выключателей при работе погружена в изоляционное масло, которое обладает повышенной электрической прочностью по сравнению с воздухом. Это позволяет нижнюю покрышку ввода сделать значительно короче верхней, работающей в воздушной среде.
Верхняя фарфоровая покрышка имеет далеко выступающие ребра (крылья), предназначенные для защиты от дождя участков поверхности, расположенных под выступающими ребрами. У линейного же ввода обе его части работают в воздушной среде, но одна часть располагается внутри здания, а другая — снаружи. Поэтому обе фарфоровые покрышки имеют приблизительно одинаковую длину, но покрышка наружной части ввода имеет далеко выступающие ребра для защиты части ее поверхности от дождя и увеличения пути утечки тока.
