высоковольтная изоляция конденсаторного типа

Классы МПК:H01B17/26 вводные изоляторы; проходные изоляторы 
Автор(ы):, , , ,
Патентообладатель(и):Запорожский завод высоковольтной аппаратуры
Приоритеты:
подача заявки:
1992-05-28
публикация патента:

Использование: в высоковольтной технике. Сущность изобретения: высоковольтная изоляция содержит основные внешнюю 2 и внутреннюю 1 обкладки и расположенные между ними, выполненные в виде установленных с одинаковым уступом относительно друг друга манжет одинаковой длины из проводящего или полупроводящего материала промежуточные обкладки 3, образующие монотонно уменьшающиеся от внутренней основной обкладки к наружной слой изоляции 4. Толщина каждого слоя изоляции выбирается по указанному в формуле изобретения соотношению. 6 табл., 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5

Формула изобретения

ВЫСОКОВОЛЬТНАЯ ИЗОЛЯЦИЯ КОНДЕНСАТОРНОГО ТИПА, преимущественно бумажно-масляная, расположенная между внешней и внутренней обкладками и содержащая выполненные в виде установленных с одинаковым уступом относительно одна другой манжет одинаковой длины из проводящего или полупроводящего материала промежуточные обкладки, образующие монотонно уменьшающиеся от внутренней основной обкладки к наружной слои изоляции, отличающаяся тем, что толщину высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247j каждого слоя изоляции выбирают по соотношению

высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247j= высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247 + высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247

где высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247j - толщина слоя изоляции;

высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247j-1 - толщина предыдущего слоя изоляции;

Rj-1, Rj-2 - радиусы дополнительных обкладок, образующие предыдущий слой изоляции;

j =2 высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247 0;

n - количество дополнительных слоев изоляции;

R1 - радиус внутренней обкладки;

l - длина дополнительной обкладки;

высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247 - длина уступа;

высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247i-1 - толщина i-го слоя изоляции;

Ri, Ri-1 - радиусы дополнительных обкладок, образующих i-й слой изоляции;

i= 1 высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247 (j-1);

d = -1 высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247 0 - коэффициент, характеризующий материал изоляции.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к высоковольтной технике, а именно к изоляции конденсаторного типа для устройств высокого и сверхвысокого напряжения, и может быть использовано в конструкциях высоковольтных вводов, кабельных муфт, трансформаторах тока и подобных изоляционных устройствах в бумажно-масляной или твердой (полимерной) изоляцией.

Известны высоковольтные аппараты, содержащие бумажно-масляную изоляцию, в которой для выравнивания распределения напряжения установлены конденсаторные обкладки. Для снижения напряженности на краях конденсаторных обкладок установлены дополнительные промежуточные обкладки-манжеты. Таким образом, каждый основной слой изоляции подразделяется n-1 манжетами на n дополнительных слоев меньшей толщины.

Средняя допустимая напряженность на краю основных обкладок и манжет определяется по условию отсутствия частичных разрядов по формуле

Едоп. = А высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247 высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247a , (1) где А, а - постоянные. Значение А зависит от вида испытательного напряжения и электрофизических свойств изоляции, а постоянная -1<а<0 зависит от конфигурации электрического поля на краю электрода. Например, для бумажно-масляной изоляции А=4 кВ/мм при рабочем напряжении, а=-0,58.

Установка манжет выравнивает поле на краю обкладки и позволяет тем самым поднять значение допустимого напряжения на слой между основными обкладками.

Известны конструкции, в которых промежуточные обкладки (манжеты) равной длины располагаются с равными зазорами между ними и с равными уступами (длина выступающей части основной обкладки или манжеты). При этом напряжение между дополнительными слоями изоляции распределяется неравномерно. Максимальное напряжение ложится на слой изоляции, ближайший к основной обкладке с наибольшим радиусом. При большом числе манжет степень неоднородности может быть достаточно большой и эффективность установки манжет становится невелика. Для оценки максимального коэффициента неоднородности может быть использовано приближенное выражение

Kн=высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247, где n - число дополнительных слоев между основными обкладками;

высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247 = высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247 / (l - высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247); высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247 - длина уступа; l - полная длина манжет.

Более точно коэффициент неоднородности может быть рассчитан исходя из схемы замещения конструкции изоляции, учитывающей емкости между промежуточными обкладками (манжетами) и между манжетами и основными обкладками.

Учитывая равенство зазоров и выражение (1), допустимое напряжение на слой изоляции между основными обкладками может быть определен как

Uдоп= высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247 высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247 Aвысоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 20172471+a , (2) где высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247 - толщина дополнительного слоя изоляции.

Наиболее близким техническим решением к предложенной конструкции высоковольтной бумажно-масляной изоляции является конденсаторная изоляция с промежуточными обкладками, в которой промежуточные обкладки, имеющие одинаковую длину и одинаковые уступы, располагаются с неодинаковыми зазорами между ними так, чтобы падения напряжения на каждом дополнительном слое были бы одинаковыми. При этом толщины дополнительных слоев (зазоры) монотонно уменьшаются, как это следует из формул, вытекающих из анализа схемы замещения и требования равномерного распределения напряжения. При таком расположении манжет допустимое напряжение на слой изоляции между основными обкладками больше, чем при одинаковых зазорах.

Недостатком прототипа является то, что и при данном расположении промежуточных обкладок их электрическая нагрузка будет неравномерной. Это вытекает из того, что допустимое напряжение на дополнительный слой согласно формуле (1) определяется выражением

высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247 Uдоп = A высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247 высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 20172471 + a . (3)

Так как постоянная а<0, то допустимое напряжение на дополнительный слой уменьшается с уменьшением толщины слоя высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247. Следовательно, при неодинаковых толщинах слоев и одинаковых падениях напряжения на дополнительных слоях суммарное допустимое напряжение на слой между основными обкладками

Uдоп = nвысоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247 A высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247мин1 + a , (4) где высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247мин - минимальная толщина дополнительного слоя.

Поэтому в изобретении предлагается такое расположение манжет, которое позволило бы привести в соответствие электрическую нагрузку каждого дополнительного слоя изоляции с приложенным к нему напряжением. Как и в прототипе расположение манжет осуществляется с разными зазорами между ними. Признаком, совпадающим с прототипом, является монотонное уменьшение толщины дополнительных слоев изоляции, однако принципиально новым является то, что путем выбора соответствующих геометрических размеров обеспечивается равенство приложенного напряжения на каждом дополнительном слое изоляции и допустимого напряжения согласно выражениям (1) и (3).

Целью изобретения является повышение допустимого (по условию ограничения уровня частичных разрядов) напряжения на слой между основными обкладками, снижение общей толщины или при той же толщине увеличение надежности высоковольтной изоляции конденсаторного типа.

Цель достигается тем, что высоковольтная изоляция конденсаторного типа, преимущественно бумажно-масляная, содержащая основные внешнюю и внутреннюю обкладки и расположенные между ними, выполненные в виде установленных с одинаковым уступом относительно друг друга манжет одинаковой длины из проводящего или полупроводящего материала промежуточные обкладки, образующие монотонно уменьшающиеся от внутренней основной обкладки к наружной дополнительные слои изоляции, при этом толщина каждого последующего слоя изоляции выбирается по соотношению

высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247j= высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247 + высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247 высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247, где высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247j - толщина каждого слоя изоляции;

высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247j - 1 - толщина предыдущего слоя изоляции;

Rj, Rj-1 - радиусы дополнительных обкладок, образующих предыдущий слой изоляции,

j=2-n, где n - число дополнительных слоев;

высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247i - толщина i-го слоя изоляции;

Ri+1, Ri - радиусы, образующие i-й слой изоляции;

а - коэффициент, характеризующий конфигурацию электрического поля на краю обкладки.

На фиг. 1 изображен элемент изоляции конденсаторного типа с дополнительными обкладками; на фиг. 2 показана схема замещения изоляции конденсаторного типа с дополнительными обкладками.

Высоковольтная изоляция конденсаторного типа содержит (фиг. 1) внутреннюю основную обкладку 1 радиуса R1, внешнюю основную обкладку 2 радиуса Rn+1, n-1 дополнительные обкладки (манжеты) 3, образующие n дополнительных слоев толщиной высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247i, причем i=2, 3,..., n, пространство между основными и дополнительными обкладками заполнено диэлектриком 4. Разность потенциалов между основными обкладками U, манжеты имеют длину l, длина уступа высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247 .

Распределение напряжения между дополнительными слоями обусловлено соотношением емкостей Кi между манжетами и Сi - емкостей с внутренних уступов на внутреннюю основную обкладку (фиг. 2), причем значения емкостей соответственно определяются формулами

высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247 = высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247;

высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247 высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247 высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247. (5)

Тогда падение напряжения на каждом дополнительном слое из рассмотрения схемы замещения определяется следующим образом:

высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247 высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247 (6)

Для обеспечения равнонагруженности дополнительных слоев необходимо, чтобы значение допустимой напряженности на i-м слое Едоп.iбыло равно максимальной напряженности на слое Еi, т.е.

Едоп.ii.

Из формулы (1)

Едоп.i=А(Ri+1-Ri)а . (7)

Как известно, максимальная напряженность в цилиндрическом конденсаторе определяется выражением

Ei= высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247. (8)

Тогда из выражений (7) и (8)

Ui=A(Ri+1-Ri)aRilnвысоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247. (9)

Для первого дополнительного слоя имеют

U1=A(R2-R1)aR1lnвысоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247.

Подставляя уравнение (9) в выражение (6), получают

A(R3-R2)aR2lnвысоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247 = Uвысоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247.

Раскрывая значения К2, находят

R3 = R2 + [ U1 ( C1 + K1 ) / AR2 (l- высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247) ]1/a .

Аналогично

R4 = R3 + [ ( U2K2 + ( U1 +U2 )C2 ) / A R3 (l - высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247) ] 1/a или в общем виде

Rj=Rj-1+высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247Uj-2Kj-2+Cвысоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247Uвысоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247/ARj-1(l-высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247)высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247.

Учитывая, что высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247j =Rj+1-R j;

Ui= Eвысоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247Rilnвысоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247 и Eвысоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247=Egon.i=A(Ri+1-Ri)a=Aвысоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247ai, окончательно для любого j-го слоя имеют

высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247j = высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247 + высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247 высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247.

Использование изобретения позволит увеличить допустимое напряжение на слой между основными обкладками и при необходимости сделать одинаковыми допустимые напряжения по условиям в слабонеоднородном поле и на краю. На основании этого появляется возможность снижения общей толщины изоляции, например, при одинаковых слоях между основными обкладками. При заданном числе промежуточных обкладок изобретение позволяет получить максимально возможное по условию (1) напряжение на слой изоляции.

При заданных толщинах слоев между основными обкладками реализация изобретения позволит снизить электрическую нагрузку на изоляцию и увеличить ее надежность, увеличить время ее жизни, снизить интенсивность частичных разрядов в изоляции. Кроме того, изобретение может быть реализовано и для твердой (полимерной) изоляции, если для нее известно соотношение типа (1).

Для подтверждения эффективности изобретения были проведены сравнительные расчеты допустимых напряжений на слой между основными обкладками бумажно-масляной изоляции при разных вариантах расположения манжет: при одинаковых зазорах между манжетами, при одинаковом распределении напряжения по слоям между манжетами и при одинаковой электрической нагрузке - т.е. согласно изобретению.

Результаты расчетов представлены в табл. 1-6. В таблицах использованы следующие обозначения: Ln - длина основных обкладок или манжет; Del - толщина дополнительных слоев изоляции; Rn - радиус основных обкладок или манжет; V - величина уступа; U падение напряжения на дополнительном слоев изоляции; Er и Erd - соответственно радиальная и радиальная допустимая напряженность в дополнительном слое изоляции; Uдоп- допустимое напряжение основного слоя.

В расчетах принято расчетное напряжение на основном слое Uр=36 кВ - табл. 1-3 и Uр= 100 кВ - табл. 4-6. Допустимая напряженность вычислялась согласно условию (1) Erd= 12 (Del)-0,58, что соответствует одноминутному испытательному напряжению частотой 50 Гц, а допустимое напряжение слоя вычислялось, как

Uдоп= высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247 .

Расчеты показывают, что эффективность изобретения возрастает с ростом числа манжет.

Кроме того, толщины дополнительных слоев изоляции монотонно уменьшаются от внутренней основной обкладки к наружной, причем минимальный зазор высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247мин всегда последний; величина высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247мин регулируется отношением l/ высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247; величина допустимого напряжения на слой изоляции между основными обкладками Uдоп. не зависит от радиусов основных обкладок, а зависит от толщины слоя изоляции между ними; при одинаковой толщины слоя изоляции между основными обкладками для любого соотношения l/ высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247=const толщина дополнительных слоев остается постоянной; в проведенных расчетах значение аксиальных напряженностей Еа. , однако, если это условие перестает выполняться, необходимо увеличить высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247 , оставив без изменения l/высоковольтная изоляция конденсаторного типа, патент № 2017247.

Класс H01B17/26 вводные изоляторы; проходные изоляторы 

проходной изолятор -  патент 2525227 (10.08.2014)
электрический проводник сильноточного проходного изолятора -  патент 2521963 (10.07.2014)
герметичный кабельный ввод -  патент 2502145 (20.12.2013)
система с газонепроницаемым измерительным вводом -  патент 2501110 (10.12.2013)
изолятор высоковольтный опорный -  патент 2491673 (27.08.2013)
конструкция проволочного припоя и способ ее изготовления, герметичный соединитель и способ его изготовления -  патент 2487788 (20.07.2013)
высоковольтное устройство ввода высокого давления -  патент 2460185 (27.08.2012)
способ изготовления сборных изделий и способ подготовки сборных изделий перед нанесением покрытия на их поверхности -  патент 2460162 (27.08.2012)
переход высоковольтный -  патент 2457564 (27.07.2012)
проходной изолятор для электрических трансформаторов -  патент 2455717 (10.07.2012)
Наверх