Опорно-изоляционная конструкция высокого напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в конструкциях опорной изоляции аппаратов высокого напряжения. В опорно-изоляционной конструкции высокого напряжения, содержащей единичные опорные полимерные изоляторы с несущим стержнем с верхними и нижними металлическими фланцами, дополнительный экран с держателями для крепления его к верхнему фланцу верхнего полимерного изолятора, находящегося под высоким электрическим потенциалом, оптимальное заглубление указанного дополнительного экрана относительно нижнего края верхнего металлического фланца верхнего изолятора и его оси по отношению к продольной оси последнего выбраны в соответствии с соотношениями. Техническим результатом является повышение надежности работы опорно-изоляционной конструкции высоковольтных аппаратов при длительных условиях эксплуатации. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть конкретно использовано в конструкциях опорной изоляции высоковольтных электрических аппаратов.

Известны опорно-изоляционные конструкции высоковольтных электрических аппаратов, изготовленные на основе опорно-стержневых фарфоровых изоляторов, образующих вертикальные одиночные колонны для классов напряжения 110-330 кВ или конструкции ферменного типа для классов напряжения 500-750 кВ [1].

Недостатком таких опорно-изоляционных конструкций является значительная материалоемкость, большие габариты и вес фарфоровых элементов, низкие влагоразрядные характеристики и механическая надежность этих изоляторов, высокая повреждаемость фарфоровых частей изоляторов в процессе транспортирования и монтажа.

Существенное уменьшение габаритов и материалоемкости опорно-изоляционных конструкций, повышение надежности работы в условиях загрязнения и увлажнения, исключение повреждаемости изоляционных частей изоляторов в процессе транспортирования и монтажа, повышение механической надежности в процессе эксплуатации достигается при применении в опорно-изоляционных конструкциях опорных полимерных изоляторов на базе стеклопластиковых полимерных изоляторов на основе стеклопластиковых стержней необходимого сечения.

Однако, стеклопластиковые стержни, как и все полимерные диэлектрики, подвержены электрическому старению в электрических полях высокой интенсивности. Для предотвращения критической деградации электроизоляционных свойств полимерных диэлектриков изготовленные из них элементы (стеклопластиковые стержни изоляторов) необходимо экранировать дополнительными экранами, ограничив напряженность электрического поля в полимерной изоляции опорно-изоляционных конструкций до безопасного уровня. Для срока службы аппаратов 30-35 лет этот уровень составляет 2-3 кВд/см для стеклопластиков, полученных путем протяжки, и 5-8 кВд/см - изготовленных путем намотки. Однако произвольное расположение этих экранов относительно нижнего края верхнего металлического фланца верхнего полимерного изолятора не может обеспечить надежную работу опорно-изоляционных конструкций в течение гарантированного срока службы высоковольтного аппарата. Оптимальное расположение дополнительных попарно-соосных экранов используется в опорно-изоляционных конструкциях форменного типа на базе тонкостержневых полимерных изоляторов [2].

Недостатком такой опорно-изоляционной конструкции является сложность конструкции из-за большого числа единичных полимерных изоляционных элементов и дополнительных экранов, состоящих из двух установленных в одной плоскости тороидальных экранов, один из которых расположен в корпусе, а другой охватывает последний [2]. Применение же в опорно-изоляционной конструкции полимерных единичных изоляторов с большим сечением несущего стержня значительно упрощает конструкцию опорной изоляции высоковольтного аппарата и дополнительного экрана, однако, произвольное расположение его относительно нижнего края верхнего металлического фланца верхнего полимерного единичного изолятора не может обеспечить надежную работу опорно-изоляционной конструкции в течение гарантированного срока службы высоковольтного аппарата.

Задачей настоящего изобретения является создание опорно-изоляционной конструкции высокого напряжения повышенной надежности в эксплуатации в течение требуемого срока службы высоковольтного электрического аппарата.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в опорно-изоляционной конструкции, выполненной из единичных опорных полимерных изоляторов с несущим стержнем с верхними и нижними металлическими фланцами и содержащей дополнительный экран с держателями для крепления его к верхнему фланцу верхнего единичного опорного полимерного изолятора, находящегося под высоким электрическим потенциалом, оптимальное заглубление указанного экрана относительно нижнего края верхнего металлического фланца указанного верхнего изолятора и его оси по отношению к продольной оси последнего выбраны в соответствии с соотношениями: где Нэ - оптимальное заглубление экрана относительно точки пересечения оси верхнего единичного опорного полимерного изолятора и плоскости, перпендикулярной оси указанного верхнего изолятора и располагающейся на уровне нижнего края верхнего фланца указанного верхнего изолятора (точка А на фиг. 3), см; rи - радиус несущего стержня верхнего единичного опорного полимерного изолятора (определяется на основе механических расчетов опорно-изоляционной конструкции), см; Z - расстояние между вертикальной осью опорно-изоляционной конструкции и осью верхнего единичного опорного полимерного изолятора на уровне нижнего края металлического фланца указанного изолятора, см; (Z=0 при соосном вертикальном расположении оси опорно-изоляционной конструкции и единичного(ых) изолятора(ов); rэ - радиус поперечного сечения экрана, см; Rэ - радиус экрана по его осевой линии, см;
К - постоянный коэффициент, значение которого находится в диапазоне 0,50-0,62.

При выполнении опорно-изоляционной конструкции в виде "треноги" с наклонно расположенными единичными опорными полимерными изоляторами угол наклона оси последних и к плоскости экрана выбран из соотношения и 60o.

Радиус экрана по его осевой линии Rэ и радиус его поперечного сечения rэ, выбирают на основе анализа электрического поля. Как показывают исследования, при оптимальном выборе радиуса экрана Rэ и его заглубления Нэ радиус прутка или трубы rэ, из которого изготавливается экран, должен составлять до 5 мм для экранов всех классов напряжения. Это связано со взаимным влиянием фланца изолятора и экрана: увеличение заряда экрана и, соответственно, увеличение его положительного влияния происходит при rэ5 мм. Дальнейшее увеличение rэ, не вызывает роста заряда экрана, так как этот рост компенсируется возрастающим влиянием на экран заряда фланца, т.е. на подавление напряженности одинаково влияют и экран с радиусом 5 мм и радиусом 10 мм. Выбор конструктивных размеров экрана в виде тороида и его заглубления позволит обеспечить снижение напряженности электрического поля в теле верхнего единичного опорного полимерного изолятора вблизи мест его заделки в металлическую арматуру до длительно допустимой величины без увеличения его высоты по электрической прочности в сухом состоянии, повысив надежность при длительной эксплуатации высоковольтного аппарата и существенно снизив эксплуатационные затраты, связанные с диагностикой состояния таких опорно-изоляционных конструкций.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображен общий вид опорно-изоляционной конструкции электрического аппарата высокого напряжения на 220 кВ, состоящей из двух вертикально расположенных единичных опорных полимерных с несущим стержнем изоляторов; на фиг.2 - общий вид опорно-изоляционной конструкции на напряжение 500 кВ, состоящей из наклонно расположенных единичных опорных полимерных изоляторов с несущим стержнем, образующих форменную конструкцию типа "тренога", на фиг.3 показано геометрическое расположение дополнительного экрана относительно оси верхнего единичного опорного полимерного изолятора и его нижнего края металлического фланца для общего случая, т. е. когда оси указанных изоляторов наклонно расположены к вертикальной оси опорно-изоляционной конструкции, например, в опорно-изоляционной конструкции типа "тренога"; на фиг.4 приведены зависимости относительного значения напряженности электрического поля е* от отношения Нэ/Rэ (кривая 1- для Z/Rэ= 0, т.е. соосно вертикально расположенных единичных опорных полимерных изоляторов и опорно-изоляционной конструкции; кривая 2 - для Z/Rэ=0,45; кривая 3 - для Z/Rэ=0,75); на фиг.5 - зависимости оптимального значения отношения Hэ/Rэ (кривая 4) и минимально допустимого значения Hэ/Rэ от значения (Z+rи)/Rэ (кривая 5).

Конструктивно опорно-изоляционная конструкция выполнена в виде единичного или набора единичных опорных полимерных с несущим стержнем изоляторов 6 (фиг.1 и 2) и дополнительного экрана 7, закрепленного на верхнем металлическом фланце верхнего единичного опорного полимерного изолятора опорно-изоляционной конструкции, находящегося под высоким электрическим потенциалом, с помощью держателей 8. Единичный опорный полимерный изолятор 6 (фиг.3) состоит из полимерного несущего стержня 9, защитного ребристого трекинго-эрозионно стойкого покрытия 10 и металлических фланцев 11 (нижний фланец изолятора на фиг.3 не показан).

В процессе вычислений варьировалось заглубление экрана Нэ, т.е. отношение Hэ/Rэ. Результаты вычислений представлены на фиг.4, где напряженность электрического поля в зоне закрепления верхнего фланца верхнего единичного опорного полимерного изолятора приведена в относительных единицах е*, т.е. отношение максимальной напряженности электрического поля в указанном верхнем изоляторе после установки экрана заданных размеров к напряженности в неэкранированном указанном верхнем изоляторе. Из полученных кривых видно, что зависимости е*=f (Hэ/Rэ) при фиксированном отношении (Z+rи)/Rэ имеют минимумы, соответствующие определенным значениям Hэ/Rэ, т.е. размеры экрана и его расположение относительно нижнего края верхнего фланца указанного верхнего изолятора являются оптимальными и они зависят только от соотношения (Z+rи)/Rэ. На фиг.5 (кривая 4) показана зависимость оптимального отношения Нэ/Rэ от (Z+rи)/Rэ, полученная по точкам минимумов кривых 1, 2 и 3 из фиг. 4. При практической реализации опорно-изоляционной конструкции с предлагаемым дополнительным экраном по конструктивным соображениям возможны некоторые отклонения от оптимального значения геометрических размеров его расположения, и если допустить увеличение электрической напряженности в указанном верхнем изоляторе на 10%, то отношение Hэ/Rэ может быть выбрано из диапазона между кривыми 4 и 5 на фиг.5. Аппроксимацией этих кривых и является соотношение (1), где возможный диапазон изменения Hэ/Rэ задается коэффициентом К (К=0,5...0,62). Кривые на фиг.4 и 5 определены расчетом и хорошо подтверждаются многочисленными экспериментами для верхнего единичного опорного полимерного изолятора при радиусе его стержня rи, равном 3,6 см.

Конкретный пример определения заглубления экрана для одноствольной опорно-изоляционной конструкции на напряжение 220 кВ, изображенной на фиг.1:
Z=0, т.к. ось верхнего единичного опорного полимерного изолятора совпадает с осью всей опорно-изоляционной конструкции;
rи=3,8 см (определен по условиям механических расчетов):
rэ= 0,5 см принят на основании условий, что rэ, нецелесообразно увеличивать больше 5 мм;

для конкретного типа опорного полимерного изолятора ИОСПК-25/450-УХЛ1 и его конструктивных размеров верхнего фланца R, может быть принят равным 8,5 см, а приняв К=0,6 и подставив численные значения в (1), получим величину заглубления экрана:

Применение предлагаемого изобретения позволит повысить надежность работы опорно-изоляционных конструкций высоковольтных аппаратов при длительных условиях (30-35 лет) эксплуатации.

На основании решения трех Департаментов РАО "ЕЭС России" (Департамент стратегии развития и научно-технической политики, Департамент электрических сетей и Департамент генеральной инспекции электрических сетей и станций) конструкции разъединителей и шинных опор высокого напряжения с использованием заявляемого изобретения должны быть освоены в самое ближайшее время с целью повышения надежности и исключения электротравматизма, связанного с поломкой фарфоровых изоляторов традиционных разъединителей.

Источники информации
1. Отраслевой каталог 02.81.01-88 "Шинные опоры ШО35-750 кВ". М.: Информэлектро, 1982.

2. Патент РФ 1415244, 1986, H 01 B 17/42.


Формула изобретения

1. Опорно-изоляционная конструкция высокого напряжения, содержащая единичные опорные полимерные изоляторы с несущим стержнем с верхними и нижними металлическими фланцами, дополнительный экран с держателями для крепления его к верхнему фланцу верхнего единичного опорного полимерного изолятора, находящегося под высоким электрическим потенциалом, отличающаяся тем, что оптимальное заглубление указанного экрана относительно нижнего края верхнего металлического фланца указанного верхнего изолятора и его оси по отношению к продольной оси последнего выбраны в соответствии с соотношениями




где К - постоянный коэффициент, значение которого находится в диапазоне 0,500,62;
Нэ - оптимальное заглубление экрана относительно точки пересечения оси верхнего единичного опорного полимерного изолятора и плоскости, перпендикулярной оси указанного верхнего изолятора и располагающейся на уровне нижнего края верхнего фланца указанного верхнего изолятора опорно-изоляционной конструкции, см;
rи - радиус несущего стержня верхнего единичного опорного полимерного изолятора, см;
Z - расстояние между вертикальной осью опорно-изоляционной конструкции и осью верхнего единичного опорного полимерного изолятора на уровне нижнего края верхнего металлического фланца указанного верхнего изолятора, см;
rэ - радиус поперечного сечения экрана, см;
Rэ - радиус экрана по его осевой линии, см.

2. Опорно-изоляционная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что угол наклона оси указанных изоляторов и относительно плоскости экрана выбран из соотношения и 60o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике , Цель изобретения - повышение надежности путем рассредоточения разрядов по поверхности диэлектрика и уменьшение их мощности, На поверхности диэлектрика устанавливают накладку , выполненную из сегнетоэпектрика

Изобретение относится к лектрспе.хнике и может Г) исно,тьзовано в высоко- ВОЛ1/ГНЫЛ изо;|яционн1)1х конструк 1ия ля : лектронередачи

Изобретение относится к электротехнике , в частности к технике высоких , напряжений

Изобретение относится к электроэнергетике , а именно к запщтной арматуре для воздушных линий электропередачи

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в высоковольтных линиях электропередач

Изобретение относится к электротехнике, в частности к изоляционной технике

Изобретение относится к высоковольтным вводам
Изобретение относится к ленте с нелинейными электрическими свойствами для управления полем, содержащей микроваристорные частицы из ZnO

Изобретение относится к высоковольтным проходным изоляторам

Изобретение относится к электротехническому оборудованию, а именно к штыревым, вводным и проходным изоляторам. Крепежный элемент выполняют выступающим за пределы изолятора в месте крепления к заземленной конструкции, покрывают поверхность крепежного элемента равномерной по толщине пленкой из токопроводящего материала, на выступающей части крепежного элемента к пленке жестко прикрепляют металлический проводник, другой конец которого через сигнальное устройство соединен с заземленной конструкцией. Устройство позволяет обнаружить дефект изолятора за счет использования тока замыкания на землю, то есть за счет самого дефекта изолятора, и исключить использование контрольно-измерительной аппаратуры. Применение сигнального устройства значительно сократит время поиска поврежденного изолятора и может предотвратить аварийное состояние системы электроснабжения. 1 ил.

Высоковольтный ввод, содержащий полый изолятор и проводник, проходящий через полый изолятор и включающий в себя полый проводник (1), закрепленный на концах полого изолятора и неподдерживаемый изолятором между закрепленными концами, проводник (1) содержит поддерживающую часть (2), расположенную внутри полого проводника (1), причем поддерживающая часть (2) проходит в продольном направлении полого проводника (1), и поддерживающая часть (2) выполнена с возможностью поддерживать полый проводник (1), чтобы увеличивать жесткость проводника и тем самым уменьшать статическую деформацию проводника в полом изоляторе, при этом высоковольтный ввод является вводом с газовой изоляцией. Изобретение обеспечивает уменьшение деформации проводника и предотвращение пробоя изоляции в очень длинных вводах. 4 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к устройствам для защиты элементов электрооборудования, предназначенного для осуществления электропередачи, в частности для защиты подвесных изоляторов. Экран для защиты подвесного электрического изолятора, имеющего изоляционное тело и оконцеватели и выполненного с возможностью соединения с элементами электроустановок, из которых нижний имеет продолговатую форму, от возникновения коронного разряда и электрического замыкания оконцевателей и/или соединяемых с изолятором элементов электроустановок птицами и/или продуктами их жизнедеятельности. Экран закрепляется на изоляторе или элементе электроустановки и содержит металлическое основание для защиты от возникновения коронных разрядов (например, круглой, овальной, кольцеобразной, тороидальной и/или секторной формы), и птицезащитный элемент, закрепленный на металлическом основании с выступанием за контур металлического основания и выполненный с использованием диэлектрика. Изобретение благодаря увеличению расстояния по воздуху от заземленной части изолятора или электроустановки до места над токоведущей частью электроустановки, подвешенной с помощью изолятора, обеспечивает препятствие возможному короткому замыканию. 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к узлам высоковольтных изоляционных втулок, а именно к узлам короностойких высоковольтных изоляционных втулок. Узел короностойкой высоковольтной изоляционной втулки (1) включает трубчатую изоляцию (20), окружающую проводник, фланец (30), расположенный на внешней поверхности трубчатой изоляции (20), и первую полосу полупроводящей глазури (61), расположенную на внешней поверхности трубчатой изоляции на расстоянии от конца трубчатой изоляции. Изобретение обеспечивает повышение стойкости к коронному разряду. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 табл.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в конструкциях опорной изоляции аппаратов высокого напряжения

Наверх