高压套管设计

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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363KV

  1Min工频试验电压510KV

  干试电压670KV

水泥电阻器  湿试电压510KV

  1.2/50μs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

      绝缘层数

      极板上台阶长度

      极板下台阶长度

      接地极板长度

      接地极板半径

      零序极板长度

      零序极板半径

      各层极板长度

      各层极板半径

      套管最大温升

      套管热击穿电压

  2、选出上下套管并进行电气强度校核

  3、画出分布图

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，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其次是在干闪络试验电压下，电容芯子上部和下部的轴向场强E1和E2。这些参数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。

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的确定

  根据工艺情况选定绝缘层最小厚度

油纸绝缘金属极板在油中

设绝缘裕度为1.8

2 确定绝缘层数n

       

此时厚度最小绝缘层的滑闪电压

与干试电压相比，

安全裕度=

3 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，取。

确定极板上台阶长度λ1和极板下台阶长度λ2

电容芯子轴向场强和的选择，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，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。

选择内绝缘对上瓷套的屏蔽长度，上端为，下端为，则电容芯子的上端绝缘长度为

令下台阶为上台阶的

在干试电压下的下端轴向场强

则 

确定接地极板长度，零序极板长度及各层极板长度

由于法兰长度未做规定，可选则最有利的条件，则

法兰长度

  其中为选取对下瓷套的屏蔽长度。

  下瓷套长度

所以实际上

下瓷套闪络电压，可以放放电平均场强来校核，则

序数为的极板长度

具体数据见附表，因此     

确定零序极板半径,接地极板半径及各层极板半径

接地极板半径

序数为的极板半径

具体数据见附录一

4 选上瓷套进行电气强度效验

干闪电压

干放平均场强约为,干闪络电压，与干试电压相比较，

安全裕度为,满足裕度。

湿闪电压

其中

     

         

与湿试电压相比较，

安全裕度为，满足裕度。

雷电波电压

与1.2/50μs全波冲击试验电压1175KV相比，

安全裕度为，满足裕度。

5 计算套管最大温升隧道隔音降噪施工

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105℃，胶纸120℃)。

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。

式中 

  芯子浸油部分最大外半径；

        导管外半径；

        芯子绝缘层的导热系数，胶纸液体速凝剂，油纸          芯子在油中的表面散热系数，一般可取；

          单位长度的导杆发热量, ,其中为额定电流，导杆单位长度有效电阻

        套管单位长度的介质发热量，，式中为额定电压；为套管总电容，，，为在工作状态下的介质损耗，为电容芯子绝缘部分总长度。

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；后一部分代表套管表面与周围有的温度差。

6 计算套管热击穿电压

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，当胶纸的和温度系数大时可能发生。

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。

  即

式中 

      电容芯子在周围环境温度下的介质损耗值；

        介质损耗的温度系数，取；

        符号同前；

    与结构尺寸和导散热量有关的系数，一般取

。   

因此可得套管热击穿电压

附录一

运行程序及结果：单位

L0=420,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));

end

for i=1:1:61;

    fprintf('L[%d]=%f,R[%d]=%f\n',i,L(i),i,R(i));

end             

极板序号X  极板长度 L  极板半径 R x=1,L[1]=414.800000,R[1]=3.610920 x=2,L[2]=409.600000,R[2]=3.745030 x=3,L[3]=404.400000,R[3]=3.882324 x=4,L[4]=399.200000,R[4]=4.022788 x=5,L[5]=394.000000,R[5]=4.166405 x=6,L[6]=388.800000,R[6]=4.313152 x=7,L[7]=383.600000,R[7]=4.463001 x=8,L[8]=378.400000,R[8]=4.615919 x=9,L[9]=373.200000,R[9]=4.771866 x=10,L[10]=368.000000,R[10]=4.930799 x=11,L[11]=362.800000,R[11]=5.092666 x=12,L[12]=357.600000,R[12]=5.257413 x=13,L[13]=352.400000,R[13]=5.424978伸缩杆 x=14,L[14]=347.200000,R[14]=5.595292 x=15,L[15]=342.000000,R[15]=5.768281 x=16,L[16]=336.800000,R[16]=5.943867 x=17,L[17]=331.600000,R[17]=6.121963 x=18,L[18]=326.400000,R[18]=6.302476 x=19,L[19]=321.200000,R[19]=6.485309 x=20,L[20]=316.000000,R[20]=6.670357 x=21,L[21]=310.800000,R[21]=6.857509 x=22,L[22]=305.600000,R[22]=7.046649 x=23,L[23]=300.400000,R[23]=7.237655 x=24,L[24]=295.200000,R[24]=7.430397 x=25,L[25]=290.000000,R[25]=7.624741 x=26,L[26]=284.800000,R[26]=7.820547 x=27,L[27]=279.600000,R[27]=8.017669 x=28,L[28]=274.400000,R[28]=8.215954 x=29,L[29]=269.200000,R[29]=8.415246 x=30,L[30]=264.000000,R[30]=8.615384 x=31,L[31]=258.800000,R[31]=8.816198

极板序号X  极板长度 L  极板半径 R x=32,L[32]=253.600000,R[32]=9.017517 x=33,L[33]=248.400000,R[33]=9.219165 x=34,L[34]=243.200000,R[34]=9.420959 x=35,L[35]=238.000000,R[35]=9.622714 x=36,L[36]=232.800000,R[36]=9.824240 x=37,L[37]=227.600000,R[37]=10.025345 x=38,L[38]=222.400000,R[38]=10.225830 x=39,L[39]=217.200000,R[39]=10.425498 x=40,L[40]=212.000000,R[40]=10.624144 x=41,L[41]=206.800000,R[41]=10.821564 x=42,L[42]=201.600000,R[42]=11.017551 x=43,L[43]=196.400000,R[43]=11.211896 x=44,L[44]=191.200000,R[44]=11.404387 x=45,L[45]=186.000000,R[45]=11.594814 x=46,L[46]=180.800000,R[46]=11.782964 x=47,L[47]=175.600000,R[47]=11.968626 x=48,L[48]=170.400000,R[48]=12.151585 x=49,L[49]=165.200000,R[49]=12.331631 x=50,L[50]=160.000000,R[50]=12.508553 x=51,L[51]=154.800000,R[51]=12.682140 x=52,L[52]=149.600000,R[52]=12.852184 x=53,L[53]=144.400000,R[53]=13.018480 x=54,L[54]=139.200000,R[54]=13.180824 x=55,L[55]=134.000000,R[55]=13.339016 x=56,L[56]=128.800000,R[56]=13.492858 压铸机料筒的设计 x=57,L[57]=123.600000,R[57]=13.642157 x=58,L[58]=118.400000,R[58]=13.786724 x=59,L[59]=113.200000,R[59]=13.926374 x=60,L[60]=108.000000,R[60]=14.060927 x=61,L[61]=102.800000,R[61]=14.190209

二 330KV胶纸电容式变压器套管

1的确定

  根据工艺情况选定绝缘层最小厚度

胶纸绝缘半导体极板在空气中

胶纸绝缘的直接取，即

2 确定绝缘层数n

此时厚度最小绝缘层的滑闪电压

与干试电压相比，

安全裕度=

3 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，取。

确定极板上台阶长度λ1和极板下台阶长度λ2

电容芯子轴向场强和的选择，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，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。

选择内绝缘对上瓷套的屏蔽长度，上端为，下端为，则电容芯子的上端绝缘长度为

令下台阶为上台阶的

在干试电压下的下端轴向场强

则 

确定接地极板长度，零序极板长度及各层极板长度

由于法兰长度未做规定，可选则最有利的条件，则

法兰长度

  其中为选取对下瓷套的屏蔽长度。

  下瓷套长度

所以实际上

下瓷套闪络电压，可以放放电平均场强来校核，则

序数为的极板长度

具体数据见附表，因此     

确定零序极板半径,接地极板半径及各层极板半径

接地极板半径

序数为的极板半径

具体数据见附录二。

4 选上瓷套进行电气强度效验

干闪电压

干放平均场强约为,干闪络电压，与干试电压相比较，

安全裕度为,满足裕度。

湿闪电压

其中

     

         

与湿试电压相比较，

安全裕度为无人驾驶系统，满足裕度。

雷电波电压

与1.2/50μs全波冲击试验电压1175KV相比，

安全裕度为，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105℃，胶纸120℃)。

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。

式中 

  芯子浸油部分最大外半径；

        导管外半径；

        芯子绝缘层的导热系数，胶纸，油纸          芯子在油中的表面散热系数，一般可取；

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