Проектирование подстанции 110/6 кВ с решением задачи координации изоляции

Заключение. Задача по замене РВС на ОПН для данной ОРУ может быть решена следующим образом. Вместо РВС-110 применяются ОПН типа

ОПН-П-110/88. Их можно установить в те же ячейки, где были установлены РВС-110, что значительно повысит надежность защиты оборудования ОРУ от грозовых перенапряжений. В частности, опасная зона (защищенный подход) на ВЛ может быть существенно сокращена.

4.5 Электрический расчет проходного изолятора на 110 кВ с бумажно-масляной изоляцией

Вводами называются проходные изоляторы на напряжения 35кВ и выше с более сложной внутренней изоляцией. Вводы применяются в качестве проходных изоляторов трансформаторов, выключателей и других аппаратов. Основными характеристиками ввода являются номинальное напряжение, рабочий ток и во многих случаях допустимая механическая нагрузка на токоведущий стержень.

Ввод представляет собой конструкцию с внешней и внутренней изоляцией. К внешней изоляции относятся промежутки в атмосферном воздухе вдоль поверхности изоляционного тела, к внутренней – участки в самом изоляционном теле, а также промежутки вдоль поверхности изоляционного тела, находящиеся внутри корпуса, если последний заполнен газообразным или жидким диэлектриком. Конструкция внутренней изоляции ввода оказывает большое влияние и на характеристики его внешней изоляции. Например, от числа и размеров дополнительных электродов, располагаемых в изоляционном теле для регулирования электрического поля, зависит характер изменения напряженности вдоль поверхности изолятора и, следовательно, разрядные напряжения его внешней изоляции.

Изоляционное тело служит одновременно и креплением токоведущего стержня. Оно воспринимает все механические усилия, которые действуют на стержень. С увеличением номинального напряжения и размеров изоляционного тела резко возрастают механические нагрузки от собственной массы изолятора. Наиболее опасными для вводов являются механические нагрузки, изгибающие его изоляционное тело. Поэтому для крупных изоляторов, имеющих большую массу, ограничивают угол отклонения от вертикали в рабочем положении.

Нагрев ввода обуславливает потери в токоведущем стержне от рабочих токов, а также диэлектрические потери в изоляционном теле. Кроме того, нагрев может происходить и за счет тепловыделений, имеющих место внутри корпуса оборудования. Например, в трансформаторах, реакторах и силовых конденсаторах вводы соприкасаются с нагретым маслом, заполняющим внутренний объем баков. С увеличением рабочего напряжения и радиальных размеров изолятора отвод тепла от токоведущего стержня и из толщи изоляции значительно затрудняется. Поэтому становятся более жесткими и требования в отношении диэлектрических потерь во внутренней изоляции.

Вводы на 110кВ и выше выполняются только заполненными маслом, т.е. с маслобарьерной или бумажно-масляной внутренней изоляцией. Для аппаратов и трансформаторов на напряжения 110кВ и выше в последние годы преимущественное применение получили вводы с бумажно-масляной изоляцией. Конструкция такого ввода на напряжение 110кВ показана на листе. Основной внутренней изоляцией в нём является пропитанный маслом бумажный остов, намотанный на токоведущий стержень.

Благодаря высокой кратковременной и длительной электрической прочности бумажно-масляной изоляции, вводы указанного типа имеют наименьшие радиальные размеры. Основной их недостаток – резкое ухудшение характеристик при увлажнении. В связи с этим к их конструкции предъявляются повышенные требования в отношении герметичности; маслорасширители непременно снабжаются специальными осушителями воздуха.

Расчёт изоляционного остова ввода с бумажно-масляной изоляцией для трансформатора на 110 кВ.

Чтобы пренебречь изменением, напряженность электрического поля в аксиальном направлении считаем, что емкости слоев изоляционного остова одинаковы.

Выдерживаемое напряжение в сухом состоянии UC0=295кВ.

Выдерживаемое напряжение под дождём UМ0=215кВ.

Испытательное напряжение UИС=265кВ.

Расчётное напряжение ввода по 1.55[2]:

кВ

Фазовое расчётное напряжение по 1.56[2]:

кВ

Наименьшую толщину слоя изоляции примем =0,1см. При такой толщине слоя максимальная расчётная напряжённость, вычисляемая по напряжению скользящи скользящих разрядов по 1.75[2]:

кВ/см, где e=3.5 для бумаги пропитанной маслом.

Расчётная напряжённость, вычисляемая по напряжённости неустойчивой ионизации (по условию частичных разрядов) в принятой толщине слоя по 1.66[2]:

кВ/см.

За расчётную принимаем наименьшую из напряжённостей, т.е.Еr.макс.расч.=125кВ/см.

Количество слоёв в изоляционном остове по 1.74[2]:

26.

При таком количестве слоёв длина уступа по масляной части по 1.79[2]:

см,

где коэффициент запаса электрической прочности по отношению к расчетному напряжению m=1.4.

Сумма длин уступов по масляной части остова:

см.

Длину уступа по воздушной части принимаем по 1.84[2]:

см.

см

Принимаем см,

а сумма длин уступов по воздушной части остова:

см,

полная длина уступов:

см.

При условии получения минимального объёма остова длина n-ой заземляемой обкладки по 1.88[2]:

см, где для условия минимума x=4.1.

длина нулевой обкладки остова по 1.89[2]:

см

и параметр:

.

Радиус нулевой обкладки по 1.95[2]:

см,

радиус n-ой обкладки по 1.96[2]:

см.

Результаты расчета остальных слоев сведем в таблицу:

Параметр А будет равен:

а параметр:

Максимальная напряженность в слое x:

кВ/см, где напряжение в слое Uсл=U/n=325/26=12.45кВ/см.

Длина слоя x:

Максимальная расчётная напряжённость получилась равной 125 кВ/см. Максимальная радиальная напряжённость при рабочем напряжении ввода в слое наименьшей толщины равна 28кВ/см, а допустимая напряжённость по напряжённости ионизации составляет 37кВ/см.

Результаты расчета остова даны в таблице.

2) Определение геометрических размеров ввода.

Длина верхней покрышки:

см,

Длина нижней покрышки:

см

 тогда

Длина соединительной втулки:

см

Внутренний диаметр соединительной втулки примем:

см,

а наружный: см

Диаметр покрышек примем:

см,

а наружный: см.

Диаметр по крыльям примем :

см.

Вылет крыла примем a=5 см, при таком вылете шаг принимаем t=8,5см. При длине верхней покрышки Lвп=85см число крыльев:

 крыльев.

Мокроразрядное напряжение ввода при выбранных размерах и числе крыльев:

кВ.

Задано UМН.=215кВ, запас составляет 12%. Мокрооазрядные напряжения имеют разброс порядка 10 – 15%, следовательно, при выбранной длине покрышки минимальное значение мокроразрядного напряжения является достаточным.

кВ,

кВ/см,

кВ/см.

Средняя радиальная напряженность, взятая по максимуму:

кВ/см.

Объём изоляционного остова:

дм3

Максимальная напряжённость у фланца:

кВ/см

где d – толщина фарфорового слоя,

k – коэффициент пропорциональности [2].

При таких выбранных размерах изоляционного остова аксиальные и радиальные напряженности электрического поля максимальные и в рабочем режиме не превышают допустимых. Выбранные размеры покрышек ввода отвечают допустимым мокроразрядному и сухоразрядному напряжениям. Размеры ввода и изоляционного остова были выбраны исходя из наивыгоднейших размеров (x=4.1).

Распределение напряженности электрического поля по слоям изоляции ввода.

Напряженность электрического поля в вводе в зависимости от rx и e x

по 2.21[2]:

где:

rx - радиус изоляционного слоя х, см.

e х - диэлектрическая проницаемость слоя х коэффициент А:

e1=3.5 для бумажно-масляной изоляции (БМИ);

e2=2.6 для трансформаторного масла;

e3=6.5 для фарфора;

r0=1.15см – радиус токоведущего стержня;

r1=4.72см – радиус изоляционного остова;

r2=6.25см– внутренний диаметр фарфоровой покрышки;

r3=8.75см – внешний диаметр фарфоровой покрышки;

Uнаиб.раб.фаз.=73кВ.

Результаты расчета:

4.6 Выбор числа изоляторов в поддерживающих гирляндах подходящей ЛЭП 110 кВ

Изоляторы представляют собой конструкции, которые используются для крепления токоведущих и других, находящихся под напряжением, частей электротехнических устройств (проводов воздушных линий электропередачи, шин распределительных устройств и т.д.), а также для перемещения подвижных контактов выключателей и иных коммутационных аппаратов.

В соответствии с выполняемыми функциями изоляторы, прежде всего, должны обладать достаточной механической прочностью по отношению ко всем видам возможных эксплуатационных нагрузок: статическим, ударным и др. особенность этого очевидного требования применительно к изоляторам установок высокого напряжения состоит в том, что механическая прочность должна обеспечиваться при воздействии сильных электрических полей. В таких условиях местные, небольшие повреждения, не влияющие на общую механическую прочность, могут иногда вызывать существенное снижение пробивного напряжения и приводить к преждевременному выходу изолятора из строя.

На линиях 35 кВ и более высокого напряжения применяются преимущественно подвесные изоляторы тарельчатого типа. Путем последовательного соединения таких изоляторов можно получить гирлянды на любое номинальное напряжение. Применение на линиях разного класса напряжения гирлянд из изоляторов одного и того же типа значительно упрощает организацию их массового производства и эксплуатацию.

Из-за шарнирного соединения изоляторы в гирлянде работают только на растяжение. Однако сами изоляторы сконструированы так, что внешнее растягивающее усилие вызывает в изоляционном теле в основном напряжения сжатия и среза. Тем самым используется весьма высокая прочность фарфора и стекла на сжатие.

Основу изолятора составляет фарфоровое или стеклянное тело – тарелка, средняя часть которой, вытянутая к верху, называется головкой. На головке крепится шапка из ковкого чугуна, а в гнездо, расположенное внутри головки, заделывается стальной стержень. Армировка изолятора, т.е. механическое соединение изоляционного тела с металлической арматурой, выполняется при помощи цемента.

Соединение изоляторов в гирлянду осуществляется путем введения утолщенной головки стержня в специальное ушко на шапке другого изолятора и закрепления его замком. Длина стержня делается минимальной но достаточной для удобной сборки гирлянды.

Механическую нагрузку несут в основном головка изолятора и прежде всего ее боковые опорные части. Поэтому конструкции тарельчатых изоляторов различаются в первую очередь формой головки.

Высота над уровнем моря 200 м, II степень загрязнения.

Определим расчетное значение коммутационных перенапряжений по формуле из (7):

.

Находим среднее Мокроразрядное напряжение гирлянды по формуле (7):

,

Где kτ=1.15;

kγ=1.1;

kp=0.5(1+P/760)=0.99;

kσ=0. 85.

.

Определим необходимое количество изоляторов марки ПС-4.5. Имеем: строительная высота h=13 см, диаметр тарелки D=25.5см, длина пути утечки Lут=25 см, мокроразрядная напряженность Емр=3.7 кВ/см. Тогда:

 изоляторов.

Прибавив один запасной элемент, определяем полное число изоляторов марки ПС-4.5: .

Проверяем на достаточность обеспечения удельной длины пути утечки:

, что не превышает установленный для II района .

Определенное расчетным путем число изоляторов соответствует числу изоляторов в гирлянде ЛЭП, подходящей к подстанции.

Определяем расчетные значения разрядных напряжений по формуле из (7):

,

где для троса на высоте до 500 м.

.

Для найденных UP и UРК определяем величины изоляционных промежутков:

S1=25 см. S1K=60 см.

Вычисляем импульсную прочность выбранной гирлянды 7*ПС-4.5:

L2=n*h=7*13=91 см. (длина всей гирлянды).

UРИ=500 кВ. (7)

определяем изоляционный промежуток: S1И=45 см.

Определенные расчетным путем изоляционные расстояния соответствуют изоляционным промежуткам подходящей ЛЭП 110 кВ. По расчетам видно, что выбранное количество изоляторов должно обеспечивать высокое пробивное напряжение гирлянды. Однако, напряжение коронирования гирлянды Uкг на гирлянде из 7 изоляторов, соответствующее появлению короны на одном из изоляторов, может быть значительно меньше 7*Uки и при некоторых условиях оказаться ниже рабочего напряжения. Объясняется это тем, что напряжение, приложенное к гирлянде, распределяется по изоляторам неравномерно. Поэтому при увлажненном загрязнении может произойти перекрытие гирлянды и отключение линии.

5. Техника и правила безопасности при работе с электрооборудованием

5.1 Безопасность при работах под напряжением на воздушных линиях электропередачи

Особенности метода работ под напряжением заключаются в том, что:

1) линия электропередачи при этом остаётся в работе, благодаря чему обеспечивается бесперебойность электроснабжения потребителей;

2) персонал, выполняющий ремонтные работы, будучи надёжно изолирован от земли, может безопасно прикасаться неизолированным инструментом или голыми руками к проводам линии, находящимся под рабочим напряжением.

В настоящее время ремонт воздушных линий электропередачи под напряжением производится также в ряде зарубежных стран (США, Англии, Японии и др.), причем этот метод ремонта применяется на воздушных линиях практически любого напряжения от 1 до 500 кВ включительно. Иногда он применяется и в открытых распределительных устройствах.

Под напряжением на ВЛ производятся : замена изоляторов и арматуры; снятие с проводов набросов ; осмотр провода со вскрытием подвесных зажимов ; замена провода на отдельных участках линии ; ремонт провода в любом месте пролёта – установка шунтов, бандажей и ремонтных муфт, вставка жил и небольших кусков провода; установка на проводе контрольно – измерительной аппаратуры и подобные им работы. Кроме того, без отключения ВЛ выполняются и другие работы, не требующие прикосновения к проводам : покраска металлических и антисептирование деревянных опор, выправка опор; замена отдельных деталей деревянных опор – пасынков, траверс, стоек и пр., а также опор в целом; замена грозовых тросов и т.п.

Достоинством метода ремонта ВЛ под напряжением является то, что он приносит народному хозяйству значительную экономию благодаря тому, что при этом методе исключаются недоотпуск энергии потребителям и увеличение потерь энергии, неизбежных при ремонте с отключением линии. При этом методе ремонта сохраняется не только непрерывность, но и существующая надёжность питания потребителей электроэнергии.

При ремонте не отключенных линий требуется меньшее количество ремонтного персонала, так как работы на различных участках линии могут производиться в разное время, а не одновременно, что имеет место при ремонтах с отключением линии.

В основу метода работы с непосредственными прикосновением человека к проводу, находящемуся под рабочим напряжением, положен принцип изоляции человека от земли и тел, имеющий иной, чем провод, потенциал. При опытах, проводившихся во время разработки этого метода, в качестве изоляции использовались обычные фарфоровые опорно – штыревые изоляторы типа ИШД – 35, предназначенные для монтажа колонок разъединителей открытых распределительных устройств, на которых размещался человек. При этом было установлено, что человек может касаться голого провода, несущего напряжения до 500 В, не испытывая неприятных ощущений. При большем напряжении вплоть до 1000 В прикосновение к проводу сопровождалось неприятным ощущением, а при напряжении 1000 – 4000 В – болезненным ощущением с явлением покалывания в месте касания от искры, возникающей между проводом и рукой.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7