Выбор расчетного напряжения для определения радиальных размеров и допустимых радиальных напряженностей., страница 5

Остальные величины напряженностей слоев приведены в табл. 7.

Таблица 7.

Напряженности слоев.

По полученным данным строим график распределения радиальных напряженностей по слоям, по оси абсцисс которого откладывается радиус слоя, а по оси ординат – значение напряженности, соответствующей этому радиусу.

График распределения радиальных напряженностей.

Рис. 5.

Из расчета видно, что напряженность в каждом слое не превышает допустимое значение 18 кВ/мм, это говорит о том, что электрический расчет выполнен верно.

3  ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ

При расчёте тепловой устойчивости проходного изолятора выясняется возможность развития теплового пробоя в проектируемой конструкции при заданном токе, проходящем по токоведущему стержню, и наибольшем допустимом напряжении.

Так как аксиальные размеры изолятора существенно больше радиальных, при проведении теплового расчёта принимают, что тепловое поле изолятора радиально, т.е. вся теплоотдача осуществляется только в радиальном направлении (рис. 3.1).

Схема для графического расчёта тепловой устойчивости

изолятора конденсаторного типа

1 – масло, 2 – фарфор.

Рис. 6.

Расчёт выполняется для установившегося теплового режима изоляции. Исходными данными при расчёте являются ток в стержне изолятора, температура окружающей среды и зависимость tgd от температуры для применяемой изоляции.

Расчёт производится методом «шаг за шагом». Для проведения расчёта задаются рядом значений температуры стержня Т_с1, Т_с2, …, Т_сn. Эти значения произвольны, но должны быть близки к возможной искомой температуре стержня Т_с при данных условиях. Практически для изоляторов высокого напряжения удобно принять значения Т_с равными 40, 60, 80 и 100 °С.

Найдем тепловые сопротивления масляного зазора, фарфоровой покрышки, окружающей среды. Тепловое сопротивление масляного зазора:

где  - коэффициент теплопроводности масла.

Принимаем толщину зазора Δ_з = 20 мм, а толщину фарфоровой стенки изолятора – Δ_ф = 40 мм, тогда:

Тепловое сопротивление фарфоровой покрышки:

Для расчёта теплоотдачи ввода в окружающую среду принимается коэффициент теплоотдачи с поверхности фарфора k_тв = 20 Вт/(м² ×°С), тогда:

Определим полный тепловой поток изолятора и соответствующей ему температуры внешней поверхности изолятора. Найдем потери в токоведущем стержне:

, где

 - температурный коэффициент сопротивления медного стержня;

 - удельное объемное сопротивление медного стержня;

 - активное сопротивление стержня;

 - сечение стержня.

Для теплового расчета изолятора требуется значение tg δ в диапазоне температур от 40 до 100 ^оС. Для данного ввода применяется масло ГК и кабельная бумага КВМСУ 120. Произведем аппроксимацию зависимости

tg δ = f(T) зависимостью вида: tg δ = A·exp(B·T).

Определим тангенс угла диэлектрических потерь комбинированной изоляции.

Для бумажно-масляной изоляции tg δ и ε_r рассчитываются по формулам:

,

– соответственно толщина, относительная диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь бумаги;

– соответственно толщина, относительная диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь масла.

Для бумаги и масла можно принять e_r1 = 4.5, e_r2 = 2.2.

Предполагая, что бумага пористая и все поры бумаги заполнены пропитывающим составом, имеем:

где g_б, g_к – плотность бумаги и клетчатки соответственно, d_из – полная толщина изоляции.

При температуре 20°С тангенс угла диэлектрических потерь для бумаги (индекс 1) и масла (индекс 2) равны соответственно  и , тогда тангенс угла диэлектрических потерь комбинированного диэлектрика при 20°С будет равен: