Высоковольтные вводы и их ремонт - Электрический расчет внутренней изоляции вводов 66—750 кВ

§ 7. Электрический расчет внутренней изоляции высоковольтных вводов на напряжение 66—750 кВ
Расчет высоковольтных вводов состоит из электрического расчета внутренней изоляции (системы коаксиальных последовательно расположенных цилиндрических конденсаторов различной длины), расчета внешней изоляции, теплового и механического расчетов, а также расчета компенсаторов температурных изменений объема масла для герметичных вводов.

Для проведения электрического расчета внутренней изоляции высоковольтных вводов задаются номинальными напряжением и током, наибольшим рабочим напряжением (наибольшее длительно приложенное напряжение, которое должен выдерживать ввод) и испытательными напряжениями по соответствующим ГОСТам.
Электрический расчет внутренней бумажно-масляной изоляции высоковольтных вводов может быть произведен несколькими способами.

Рис. 34. Распределение радиальной напряженности в изоляции в зависимости от радиуса обкладки

При выполнении изоляции с одинаковой толщиной слоев (часть изоляции, заключенная между соседними уравнительными обкладками— цилиндрическими электродами, расположенными в теле изоляции) и одинаковыми длинами уступов (часть уравнительной обкладки, выступающая из-под торца следующей) емкости слоев получаются неодинаковыми — меньшими в первых и последних слоях. Это приводит к неравномерному распределению аксиальных напряженностей Ел. В этом случае необходимо увеличить число слоев изоляции, что приведет к увеличению аксиальных размеров ввода (размеры вдоль оси ввода).
При выполнении изоляции с неодинаковыми толщинами слоев емкости между слоями и длины уступов будут одинаковыми, аксиальные напряженности распределятся равномерно, что позволит эффективнее использовать внешнюю изоляцию. В результате этого радиальная напряженность Ег будет минимальной во внутренних слоях изоляции (рис. 34), так как средние слои охлаждаются труднее, чем внутренние и наружные, радиальная напряженность которых максимальная. Поэтому электрический расчет вводов проводят при Еa=const:
при расчетном напряжении ввода не должно быть начала скользящих разрядов у краев уравнительных обкладок
(4)
где Uс — выдерживаемое напряжение в сухом состоянии. Коэффициент 1,1 учитывает отклонение выдерживаемого напряжения, вызываемое условиями испытаний и точностью измерений;
при рабочем (фазном) напряжении ввода не должно быть явления неустойчивой ионизации у краев уравнительных обкладок;
пробивное напряжение изоляции ввода должно быть на 20% выше выдерживаемого напряжения в сухом состоянии.
Необходимое число слоев в изоляции
(5)
где δмин — минимальная толщина слоя диэлектрика, Ег мах. расч — максимальная расчетная радиальная напряженность, которая

определяется по напряжению начала неустойчивой ионизации и скользящих разрядов у концов уравнительных обкладок. Число слоев, определяемое из условия возникновения неустойчивой ионизации,
(6)
где .......       . т — расчетная максимальная напряженность поля, определяемая из условий возникновения неустойчивой ионизации.
Число слоев, определяемое из условия возникновения скользящих разрядов,
(7)
— расчетная максимальная напряженность поля, определяемая из условия возникновения скользящих разрядов, ε — диэлектрическая проницаемость бумажно-масляной изоляции, принимаемая равной 3,5.
Число слоев изоляции берется по минимальному значению расчетной максимальной напряженности.
Таким образом, причисло слоев определяется по формуле (7), а при— по формуле (6).
Наименьшая толщина слоя диэлектрика в расчетах принимается равной 1 мм. При меньшей толщине число листов бумаги в слое изоляции будет настолько мало, что случайное совпадение дефектов бумаги может привести к пробою слоя и всей изоляции.
Длину уступов (λΜ) по нижней части изоляции ввода, находящейся в масле, выбирают такой, чтобы разрядное напряжение вдоль уступов превышало его выдерживаемое напряжение. Выдерживаемое напряжение в сухом состоянии нормируется ГОСТами и зависит у вводов от размера верхней покрышки, расположения верхней части внутренней изоляции относительно верхней покрышки, расположения ввода относительно земли, вида воздействующего напряжения.
Сумма длин уступов по нижней части изоляции ввода
(8)
Величина считается удовлетворительной, если аксиальная напряженность
Сумма длин уступов по части изоляции ввода, предназначенной для работы в воздухе, выбирают из условий координации изоляции ввода по его воздушной и масляной частям. Аксиальная напряженность по поверхности диэлектрика в воздухе примерно в 2 раза ниже аксиальной напряженности в масле. Чтобы не происходило разряда по поверхности ввода, погруженной в масло, отношение аксиальных напряженностей по воздушной Еав.п. и масляной Еам частям принимают равным 0,5а, где а — коэффициент, учитывающий запас прочности порядка 1,05—1,1.

Приняв для определения суммы длин обкладок формулу (19), а для длин обкладок формулы (15), (16), (17), из формулы (18) определяют логарифмы отношений радиусов слоев изоляции:

Как указывалось выше, расчет ведется на основании равенства емкостей слоев изоляции, тогда на основании свойства пропорций

(18)
(19)
(20)
Формула (20) представляет собой убывающую арифметическую прогрессию с разностью А (ξ—1 )/п. Решая последовательно уравнение (20), определяют радиусы обкладок.
Вводы с маслобарьерной внутренней изоляцией в настоящее время сняты с производства, кроме вводов на напряжение 66 кВ. Расчет изоляции вводов с маслобарьерной изоляцией аналогичен расчету вводов с бумажно-масляной изоляцией с той разницей, что аксиальные напряженности по масляной части принимаются в пределах 7—8,5 кВ/см.
В расчете вводов с твердой изоляцией при толщине слоя 1 мм можно принимать рабочую напряженность равной 20 кВ/см. В остальном расчет производят аналогично расчету вводов с бумажномасляной изоляцией.
Расчет изоляции вводов постоянного тока аналогичен расчету изоляции вводов переменного тока, но необходим проверочный перерасчет сопротивлений слоев, так как из-за наличия постоянной составляющей напряжения происходит перераспределение сопротивлений слоев изоляции.