1、標準文案330kV油紙電容式套管電磁計算與結構設計專業：電氣工程及其自動化班級：學號：姓名：指導教師:大全設計條件與任務1.設計條件額定電壓 U=330kV, In=315A,最大工作電壓 U=363kV, 1min工頻耐壓試驗電壓為 570kV干 閃絡實驗電壓為 670kV,溫閃絡試3電壓為 510kV, 1.2/50全波沖擊試3電壓為 1050kV 2.設計任務(1)確定電容芯子電氣參數1 .絕緣層最小厚度2 .絕緣層數3 .極板上下臺階長度4 .各層級尺寸5 .溫升6 .熱擊穿電壓(2)選出上下瓷套并進行電氣強度枝枝絕緣(3)畫出極板布置圖，E-r分布圖以及裝配圖(4)撰寫課程設計報告一

2、.設計原理1.所謂套管就是用來把電流引入或引出變壓器，斷路器或其他設備的金屬外殼，也用于導體或母線穿過建筑物或墻壁，其中最常用的是電容式套管，其一般為油紙絕緣和膠紙絕緣套管，而瓷套是外絕緣，一般認為是輔助絕緣(1)電容式套管具有內絕緣與外絕緣，其內絕緣是主絕緣，外絕緣是瓷套，如外膠紙式變壓器套管無下瓷套(2)膠紙套管的電容芯子是由厚0.050,07毫不透油單面膠紙和具有一定尺寸的電容極板卷制而成的圓柱電容芯子，一般高壓電容式套管的絕緣層最小厚度為11.2mm工頻常溫下膠紙絕緣的 tanb工 0.007(3)油紙電容式套管的電容芯子由電纜紙多層鋁箔極板卷制而成的圓柱電容芯子，工頻常溫下，油紙絕緣

3、的tan6 <0.003(4)膠紙套管與油紙套管的比較1 .機械強度高，法蘭可直接固定在電容芯子上，結構堅固結實，可作 45。或水平安裝2 .膠紙套管充油量少，密封較容易3 .在變壓器中采用時，下部不用下磁套，可以減小尺寸4 .膠紙的耐電暈性強于油紙二.設計內容1.確定電容芯子電氣參數(1)絕緣層最小厚度還代超高壓電容套管，一般dm.取得很薄，約在11.2m左右，其目的在于提高套管的局部放電性能和選取較高的最大工作場強Erm設膠紙套管的絕緣厚度為Erm=1.2mrn,油紙套管的名緣厚度為1.2mm(2)Erm按最大工作電壓下不發生有害局部放電這一原則而決定，當最小絕緣厚度 dmin確標準

4、文案大全定即可計算Erm,由式d、0.45Uk =k1（一）；r可得局部放電起始場強E Uk k1Ek 一 7 一 0.45 , 0.55d ；r d其中ki取4.3 （膠紙）10.6 （油紙）為取4（膠紙）13.5 （油紙）D同取1.2mm_4.3、一Ek = 40.45 *1 20.55 = 2.08 MMm （膠紙）一10.6Ek =045055 = 5.46 MV/m （油紙）3.5*1.2對于膠紙套管而言， Erm的可取值，取Erm=2.1mv/m,對于油紙套管，因局部放電有能發展的特點要求Ek應不低于（1.5-2 ） Erm,以保證局部放電性能。取 Erm =2.8mv/m當dmm

5、 Erm決定后，絕緣層數 n即可按下式求取U Un =U Ermdmin層數:膠紙:3632.1*1.2* .3二83油紙：n -363 _=622.8*1.2* .3Uk d滑閃起始，任何極板在空氣或油中Kh=13.5時厚度最小絕緣層的滑閃電壓膠紙：Uw =13.5一12 =14.79kV14 79與干試電壓相比，安全裕度 =1.37670/62均滿足校核（3）極板上下臺階長度可根據經驗確定上瓷套長度Lb,取Ls=272cm干放電平均場強約為 0.3mv/m,則干閃絡電壓 Uf=816kV與干試電壓相比較，安全裕度為816/670 -1.22標準文案進行濕試電壓校核L=Lb=272cm裙數n

6、取20裙間距離13.6cm裙寬度兒=0.5l=6.8cm 裙傾角20°對于高壓套管常用下列經驗公式Vs =3.56L0.77 2.65n產8al/a式中L一套管的瓷套的有效高度a一裙寬，0000;L一裙距，均以厘米來計U3=3.56 X 2.72 0.77+2.5 X 20X 13.6 0.8 V2 =871.5kV大于濕試電壓 510kV裕度=1.7沖擊電壓查圖可知，以上均有足夠裕度，1.2/50全波US=50+5.06a=50+5.06 X272=1426kV安全裕度：1426/1050=1.36>1.0 合格內外絕緣的配合，除了內絕緣的耐電強度應高于外絕緣以外，還應考慮內

7、絕緣對外絕緣的電場調節作用，即電場的屏蔽作用，為了屏蔽，電容芯子的接地極板應比法蘭高出約為上瓷套 放點距離L1的8.5-10%而芯子的最內層極板贏低于上瓷套的上端蓋約為20-25%的上瓷套放電距離L1,這樣可以減小法蘭和上端蓋附近的電場集中，使上瓷套表面電壓分布較為均勻， 以提高閃絡性能。因此，電容極板的上部臺階長度與瓷套的放電距離有如下關系：n -1=(8.510)%L i+(2025)%Li=Lin-65%L式中Li上瓷套的放電距離n 極板上臺階的總和，在實際設計中，各臺階長度相等，n為層數選擇內絕緣對上瓷套的屏蔽長度，上端為20%L,下端為10%Ib,則電容芯子的上端絕緣長度0.7*27

8、2n ,1=0.7Lb=2.3cm膠紙：，1="LB830.7*272n=3.1cm62 60%油紙：，1=0ILB n令下臺階為上臺階的膠紙：1 2 =1.4cm油紙： 2 =1.9cm膠紙：, =3.7cm 油紙： , =5cm（4）各層極板尺寸_670E2 =0.577MV/m （膠紙）14*83670E2 =0.569MV / m （油紙）19*620.65mv/m由于法蘭長度L未作規定，可選擇Ws上為在干試下端軸向場強小于平均放電場強最有利條件4 =£=4.1則183l n = 7n九=*3.7 = 99cm (膠紙)-14.1 -11 62l n = n 九=*

9、5 = 100cm (油紙)- -14.1 -1法蘭長度 Lf=Ln-(0.1Lb+9)=99-(27+9)=63cm其中9cm為選取對下瓷套的屏蔽長度法蘭長度Lf=64cm (油紙)下瓷套長度膠紙：Lh -n 2 9 0.1LHLh= (8.3X1.4+9 ) /0.9=139.1cm 取 139cmL0=99+83X3.7=406.1cm 取 406cm實際上=l0/ln =406/99 =4.1油紙 Lh = n ,2 9 0.1LHLh = (62X1.9+9 ) /0.9=141cmR = Pn +n兒=100+6.2 X5=410cm實際上：=l°/ln =406/99

10、=4.1 補：沖擊電壓校驗 1.2/50金波Us=50+5.066=50+5.06 X272=1426kv安全裕度：1426/1050=1.36 >1.0 合格下瓷套閃給電壓，可以放電平均場強0.65mv/m來校正膠紙：Us=1390X 0.65=903.5kv > 670kv油紙：Us=1410X 0.15=916.5kv > 670kv而入層的極極長度:：x =Ln （n -x） 在等電容的情況下，任何一層的電容為,2 二；r ；0 1n2 二；r；01nCk ln r / r0ln r2 / r12 二；r ；01n ln rx / k2二；r ；01nln % /*式

11、中：Lo最內層（零序）極的半徑與長度標準文案%最外層（接地）極板的半徑與長度加一相對介電常數，油紙絕緣3.5，膠紙3.8-4.5E0真空的電容率，8.854 X00F/m9 lx= 2x =A1nrX電容式根據合比定理 n a c e gaceg 1112lxl n= = = = = =b d f hb d f h r1r2L%in in in in 0r1Xn0式中匕=rn/r0,在一般情況下可取<=l0/ln ,只有當q=P時，則取G = P;當S =。時，olo =n ln1 ,在工作電壓下最內層和最外層絕緣工作場強均為Erm設最內層絕緣中工作場強為Erm時 u * A則由式可得E

12、rm解出零序極極半徑一* 一n011UA0 =* 一Eml1n接地極極半徑n_U_*d匚仁cErm l n由上式可得x =0 ： ”1 L2A解出極極半徑x:0 ：（l1 L2A取=4.1膠紙 A =(l1 ln)n =14853 2ln lr0 =4.4cm=18.64cm363 . 4.1*14853 r -*n,3*21406*83 油紙 A =(l1 ln)n =112052ln 363 * 112050”. 3*28 410*62=3.3cm363 * 4.1*11205 *-, 3*28410*62= 13.5cm（5）溫升大全標準文案溫升計算的目的是，校核套管在額定工作條件下最大

13、發熱溫度不超過材料的耐熱性要求, 一般油紙為105C,膠紙為120C,膠質套管最大溫升出現于浸油部合芯子直徑最粗段，基 本上屬于徑向發熱。可根據發熱量與散熱量平衡來計算導桿附近最大溫度與套管周圍油溫之 差即最大溫升1二1 ：22 二 rn-?1 I ：2口 二 222.lnrn ro式中rn 一芯子浸油部分最大外半徑ro 一導桿外半徑兒-芯子在油中的表面散熱系數，一般可取500_ _2耳一單位長度的導桿發熱量（w/m）, P TR .，其中I為額定電流，R為導桿單位長度有效電阻02 套管單位長度的介質發熱量（w/m） ； P> =vcg ® 6 .其中v為額定電壓，c為套管電容

14、；3=2 fn=314,00為在工作狀態下的介質損耗L一電容芯子絕緣部分總長度對于膠紙套管rn=18.04cm ro=4.4cm =0.222P = I2Rp導體電阻率 C，mm2/m 對于銅 p =0.0181+0.004 （日-20）2日為導體的計算溫度選取額定電流的密度為2A/mmI2=2A=I/2=250mm2A有效橫截面積為250 mm2,取橫截面積400 mm2, r=11.29m, R=p x l/Ap =0.018H0.004（120-20）=0.0252 'J - mm2 / mL =lo =4.06mtan 6 =0.01 , tan S 膠紙 0.03-0.012

15、2P = I R = 5000.0252 X 1/400=15.75 （w/m）-42 _=378*10 F；（t）C 二2C _112ln 9*103=2 二 f=3146 =12.84W/m、1122：2。八:-=2-2 = 22.6 0.5 = 23.1 ； 25oC2二, 2 二"大全對于油紙：rn=13.5cm r0=3.3cm 九=0.25% =3.5p =0.0181+0.004(105-20)=0.024 Q mm/m因為額定電流在 2-25 A/mm2,選取額定電流密度為2 A/mm2_ _21/A=2A=500/2=250 mm2,.有效的橫截面積為 250,取橫

16、截面積 300 mm,半徑r=9.77 mmL=l 0=410 cm=4.1 mtg 6 =0.005 , tg 6 油紙 0.002-0.007 ,入=0.25P1=I2R=50(2X 0.025 X (1/300)=20 W/m；r(jC =112ln r 9*10-22 _=351*10 F= =2 二 f=314P2 =5.9W/m1p +1 p1 o 2口 二 n 22 二-1- =20.49 0.61 = 21.1 :二 25oC2 二 % 二lnrnrO(6)熱擊穿電壓熱擊穿電壓可以按單向冷卻圓柱體結構的情況計算，由于忽略了軸向散熱, 一般可利用福克熱擊穿公式做計算，在交流電壓下

17、其式為計算值常偏低,Uf=1.9*10 5 af r tan 0(c) kV式中tg So電容芯子在周圍環境溫度下的介質損耗值a 介質損耗的溫度系數 1 £ r1 f符號同前。(c) 與結構尺寸和導散熱量有關的系數，根據我國實踐經驗,(c) =0.63因此可得套管的熱擊穿電壓UfC.af'tan、。膠紙：入=0.22a=0.04/ C f=505=3.8tg 8 o=0.01= 1.2*100.220.04*50*3.8*0.01=204kV油紙：入=0.25a=0.07/ C f=505=3.5tg 8。=0.005油旺E-份布曲線膠好E .帚布曲線表1 膠紙層Lx(cm)

18、Rx(cm)Er(kV/cm)層Lx(cm)Rx(cm)Er(kV/cm)04064.402142250.611.1313.41402.34.5220.843246.911.3213.42398.64.6420.344247.511.7113.43394.94.7719.945239.511.713.44396.24.919.646235.811.8913.45387.55.0319.247232.112.0813.46383.85.1618.948228.412.2613.47380.15.318.649224.712.4513.48376.45.4318.45022112.6413.493

19、72.75.5718.151217.312.8312.5103695.7117.852213.613.0213.511165.35.8517.653209.913.2013.512361.66.0017.654206.213.3913.613357.96.1517.055202.513.5713.714354.26.316.856198.813.7613.715350.56.4518.657195.113.9413.816346.86.616.458191.414.1313.917343.16.7616.259187.714.3114.018339.46.7116.06018414.4914.

20、119335.77.0715.861180.314.6714.2203327.2315.662176.614.8614.321328.37.2315.662176.614.8414.322324.67.5915.364169.215.1914.623320.97.7215.165165.515.3714.724317.27.8915.066161.815.5414.925313.58.0614.867158.115.7015.126309.88.2314.768154.415.8715.327306.18.4114.669150.716.0315.528302.48.5814.57014716

21、.2015.829298.78.7514.471143.316.3516.0302958.9314.272139.616.5116.331291.39.1114.173135.916.6616.632287.69.2914.074132.216.8216.933283.99.4714.075128.516.9617.234280.29.6513.976124.817.1117.635276.59.8313.877121.117.2518.036272.810.0213.778117.417.3918.437269.110.2013.779113.717.5318.838265.410.3913

22、.68011017.6619.339261.710.5713.681106.317.7919.84025810.7613.5182102.617.9120.441254.310.9513.5839918.0421表2油紙層Lx(cm)Rx(cm)Er(kV/cm)層Lx(cm)Rx(cm)Er(kV/cm)04103.3028322508.4717.914053.4227.4332458.6617.924003.5526.7342408.8517.833953.6826.0352359.0417.843903.8125.5362309.2317.853853.9425.0372259.4217.963804.0824.4382209.6017.973754.2223.9392159.7918.