绝缘结构设计原理课程设计

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专业：高电压与绝缘技术

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设计题目：330KV 油纸/胶纸电容式变压器套管

一 技术要求：

额定电压 330KV

额定电流 300A

最大工作电压363KV

1Min 工频试验电压510KV

干试电压670KV

湿试电压510KV

1.2/50μs 全波冲击试验电压1175KV

二 设计任务：

1、确定电容芯子电气参数

绝缘层最小厚度min d

绝缘层数n

极板上台阶长度1λ

极板下台阶长度2λ

接地极板长度n l

接地极板半径n r

零序极板长度0l

零序极板半径0r

各层极板长度x l

各层极板半径x r

套管最大温升θ∆

套管热击穿电压j U

2、选出上下套管并进行电气强度校核

3、画出r E r -分布图

画出极板布置图

电容式套管的结构概述

电容式套管具有内绝缘和外绝缘。内绝缘或称主绝缘，为一圆柱形电

容芯子，外绝缘为瓷套。瓷套的中部有供安装用的金属连接套筒，或称法

兰。套管头部有供油量变化的金属容器称为油枕。套管内部抽真空并充满

矿物油。

套管的整体连接(电容芯子、瓷套、连接套筒和油枕等的连接)有两种基本形式，即用强力弹簧通过导杆压紧得方式(大多用于油纸式电容套管)以及用螺栓在连接处直接卡装的方式(大多用于胶纸式电容套管)。连接处必须采用优质的耐油橡皮垫圈以保证套管的密封(不漏油和不使潮气侵入)，要有一定的机械强度和弹性。油纸式电容套管内部有弹性板，与弹簧共同对因温度变化所引起的长度变化起调节作用，以防密封的破坏。

套管除主体结构外，还有运行维护所需要的装置，如在油枕上装有油面指示器，联接套筒上装有测量用的接头(运行时和联接套筒接通)，取油样装置及注油孔等。

电容式套管的瓷套是外绝缘，同时也为内绝缘和油的容器。变压器套管上瓷套表面有伞裙，以提高外绝缘抵抗大气条件如雨、雾、露、潮湿、脏污等的能力，下瓷套在油中工作，表面有棱。胶纸式变压器套管无下瓷套。

电容套管的电气计算

电容芯子设计

电容芯子内部是按轴向场强均匀分布的原则设计的，即各绝缘层的电容相等以及各极板间的长度差相等，而绝缘厚度不等。此时得到径向场强只是稍不均匀的。由于零部件对电场的影响，内部电极布置时尚应注意各部分的电屏蔽，才能获得较好的电气特性。

电容芯子电气参数

电容套管的主要设计参数是电容芯子的辐向最大工作场强E rm其次是在干闪络试验电压下，电容芯子上部和下部的轴向场强E1和E2。这些参数决定套管电容芯子的径向和轴向尺寸，同时必须有一定的绝缘裕度以保证必要的电性要求。

rm

E按最大工作电压下不发生有害局放这一原则而决定。对于油纸绝缘，更须考虑由足够的裕度，以免局部放电发展。

一330KV油纸电容式变压器套管

1

rm

E的确定

根据工艺情况选定绝缘层最小厚度

min 1.3

d mm

=

油纸绝缘金属极板在油中

110.6

k=

1min 0.450.5510.6 3.5 1.3 4.823/k r E k d MV m ε--==⨯⨯=

设绝缘裕度为1.8

/1.8 4.823/1.8 2.68/rm k E E MV m ===

2 确定绝缘层数n

min /()363/ 61(rm n U E d ===层）

此时厚度最小绝缘层的滑闪电压

()()0.450.451/27.2 1.3/3.517.419kv w r U k d ε==⨯=

与干试电压相比，

安全裕度=()17.419/670/61 1.586=

3 长度计算

可依据《电气绝缘结构设计原理》图2-69或经验确定上瓷套长

度B L ，取272B L cm =。 ()1确定极板上台阶长度λ1和极板下台阶长度λ2

电容芯子轴向场强1E 和2E 的选择，要保证在干闪络电压下，电

容芯子的上部或下部不发生轴向闪络。一般上部较长，1E 较低，发生

这种闪 络的可能性极小，因此，下部轴向场强是主要的。

选择内绝缘对上瓷套的屏蔽长度，上端为20%B L ，下端为10%B L ，则

电容芯子的上端绝缘长度为

10.10.20.7B B B B n L L L L λ=--=

10.7/0.7272/61 3.2B L n cm λ==⨯=

令下台阶为上台阶的60%

210.60.6 3.2 2.0cm λλ==⨯= 在干试电压下的下端轴向场强

()2670/20610.549/E MV m =⨯=

则

12 3.22 5.2cm λλλ=+=+=

()2确定接地极板长度n l ，零序极板长度0l 及各层极板长度x l

由于法兰长度f L 未做规定，可选则最有利的条件 4.1r l ξξ==，则

()()/161 5.2/ 4.11103n l n cm λξ=-=⨯-=

法兰长度

()(0.111)103271165f n B L l L cm cm =-+=-+=

其中11cm 为选取对下瓷套的屏蔽长度。

下瓷套长度

2110.1H H L n L λ=++