高压套管绝缘结构设计课程设计(哈理工)

330kV油纸电容式套管电磁计算与

结构设计

专业：电气工程及其自动化

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设计条件与任务

1.设计条件

额定电压U A =330kV ，I N =315A ，最大工作电压U m =363kV ，1min 工频耐压试验电压为570kV 干闪络实验电压为670kV ，温闪络试验电压为510kV ，1.2/50全波冲击试验电压为1050kV 2.设计任务

（1）确定电容芯子电气参数 1.绝缘层最小厚度 2.绝缘层数

3.极板上下台阶长度

4.各层级尺寸

5.温升

6.热击穿电压

（2）选出上下瓷套并进行电气强度枝枝绝缘 （3）画出极板布置图，E-r 分布图以及装配图 （4）撰写课程设计报告

一．设计原理

1.所谓套管就是用来把电流引入或引出变压器，断路器或其他设备的金属外壳，也用于导体或母线穿过建筑物或墙壁，其中最常用的是电容式套管，其一般为油纸绝缘和胶纸绝缘套管，而瓷套是外绝缘，一般认为是辅助绝缘

（1）电容式套管具有内绝缘与外绝缘，其内绝缘是主绝缘，外绝缘是瓷套，如外胶纸式变压器套管无下瓷套

（2）胶纸套管的电容芯子是由厚0.05~0,07毫不透油单面胶纸和具有一定尺寸的电容极板卷制而成的圆柱电容芯子，一般高压电容式套管的绝缘层最小厚度为1~1.2mm 工频常温下胶纸绝缘的tan δ≤0.007

（3）油纸电容式套管的电容芯子由电缆纸多层铝箔极板卷制而成的圆柱电容芯子，工频常温下，油纸绝缘的tan δ≤0.003 （4）胶纸套管与油纸套管的比较

1.机械强度高，法兰可直接固定在电容芯子上，结构坚固结实，可作45°或水平安装

2.胶纸套管充油量少，密封较容易

3.在变压器中采用时，下部不用下磁套，可以减小尺寸

4.胶纸的耐电晕性强于油纸

二．设计内容

1.确定电容芯子电气参数 （1）绝缘层最小厚度

还代超高压电容套管，一般min d 取得很薄，约在1~1.2m 左右，其目的在于提高套管的局部放电性能和选取较高的最大工作场强rm E

设胶纸套管的绝缘厚度为rm E =1.2mm ，油纸套管的绝缘厚度为1.2mm

（2）rm E 按最大工作电压下不发生有害局部放电这一原则而决定，当最小绝缘厚度min d 确

定即可计算rm E ,，由式

0.451(

)k r

d

U k ε=

可得局部放电起始场强

0.450.551

k k r U k E d d

ε=

= 其中k 1取4.3（胶纸）10.6（油纸）r ε取4（胶纸）13.5（油纸） D 同取1.2mm

0.450.55

4.3

2.084*1.2

k E =

=MV/m （胶纸） 0.450.55

10.6

5.463.5*1.2

k E ==MV/m （油纸） 对于胶纸套管而言，rm E 的可取值，取rm E =2.1mv/m ，对于油纸套管，因局部放电有能发展的特点要求k E 应不低于（1.5-2）rm E ，以保证局部放电性能。 取rm E =2.8mv/m

当d mm 和rm E 决定后，绝缘层数n 即可按下式求取

min

rm U U

n U E d =

=∆ 层数：

胶纸：83n =

=

油纸：62n =

=

k U k =滑闪起始，任何极板在空气或油中Kh=13.5时厚度最小绝缘层的滑闪电压

胶纸：14.79w U kV == 与干试电压相比，安全裕度

14.79

1.37670/62

=

均满足校核

（3）极板上下台阶长度

可根据经验确定上瓷套长度L B ，取Ls=272cm

干放电平均场强约为0.3mv/m ，则干闪络电压Uf=816kV 与干试电压相比较，安全裕度为816/670≤1.22

进行湿试电压校核

L=Lb=272cm 裙数n 取20裙间距离13.6cm 裙宽度λ=0.5l=6.8cm 裙倾角20° 对于高压套管常用下列经验公式

0.770.813.56 2.65/Vs L nl a a =+

式中L —套管的瓷套的有效高度

a —裙宽，0000；

L —裙距，均以厘米来计

U 3=3.56×2.72

0.77

+2.5×20×13.6

=871.5kV

大于湿试电压510kV 裕度=1.7

冲击电压查图可知，以上均有足够裕度，1.2/50全波 U S =50+5.06a=50+5.06×272=1426kV 安全裕度：1426/1050=1.36>1.0合格 内外绝缘的配合，除了内绝缘的耐电强度应高于外绝缘以外，还应考虑内绝缘对外绝缘的电场调节作用，即电场的屏蔽作用，为了屏蔽，电容芯子的接地极板应比法兰高出约为上瓷套放点距离L 1的8.5-10%而芯子的最内层极板赢低于上瓷套的上端盖约为20-25%的上瓷套放电距离L 1，这样可以减小法兰和上端盖附近的电场集中，使上瓷套表面电压分布较为均匀，以提高闪络性能。

因此，电容极板的上部台阶长度与瓷套的放电距离有如下关系： 1n λ=(8.5~10)%L 1+(20~25)%L 1=L 1

1n λ≈65%L 1

式中 L 1——上瓷套的放电距离

1n λ——极板上台阶的总和，在实际设计中，各台阶长度相等，n 为层数

选择内绝缘对上瓷套的屏蔽长度，上端为20%L B ，下端为10%L B ，则电容芯子的上端绝缘长度

1n λ=0.7Lb

胶纸：10.70.7*272

2.383B L cm n λ=

== 油纸：10.70.7*272

3.162

B L cm n λ===

令下台阶为上台阶的60％ 胶纸：2λ=1.4cm 油纸：2λ=1.9cm 胶纸：λ=3.7cm

油纸：λ=5cm