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环氧树脂浇筑绝缘管型母线的结构参数验算

返回列表 来源:高电技术 浏览:121 发布日期:2022-01-15 08:22:58

环氧树脂浇筑绝缘管型母线具有载流能力强、机械强度高、电绝缘性好、环境适应性好、散热条件好、布置清晰、结构简洁、占地面积小等优点,被广泛应用于电力系统,尤其是变电站中。 、电站等复合电流较大的场合,广泛用作进出线和联络线。

国外绝缘管型母线产品以环氧树脂浇筑为主,使用最早,技术比较成熟,产品质量比较可控;在我国,环氧树脂浇注、聚酯薄膜或聚四氟乙烯绝缘胶带缠绕、硅橡胶或三元乙丙橡胶挤出缠绕三种绝缘管状母线产品并存的情况。

浇注绝缘管型母线的本体绝缘主要由绝缘和半导电(粘)电波纹纸带盘绕而成,经环氧树脂真空浸渍,加热固化形成一体化固体绝缘。

最后将半导电绉纸按一定标准分层缠绕主绝缘层,形成类似外壳的电容屏结构,控制电场强度分布,降低电场集中度强度。浇注式绝缘管状母线接头一般选用导体与外罩绝缘屏蔽筒连接的方式。

屏蔽筒也有类似于电容屏结构的绝缘筒结构。内屏与同电位导体相连,外屏为接地导体。两端与阀体密封,如图1所示。

环氧树脂浇注绝缘管状母线结构参数计算

环氧浸渍纸绝缘是由绝缘纸和环氧树脂复合绝缘而成。导体、半导体层和绝缘纸加热固化后,形成精细致密的一体化结构,因此兼有绝缘纸和环氧树脂。它具有优良的绝缘和介电性能[7],并具有优良的机械性能。

本文以10kV/4 000A浇注绝缘管状母线为例,介绍了其导体截面的计算和选择依据、绝缘管状母线绝缘厚度的识别等计算过程,并对导体内部进行了分析。绝缘管状母线的直径、外径和外径。直径(壁厚)、屏蔽层厚度、绝缘层厚度等关键设计量的变化对其导体表面温升、最大电场强度、端部电场强度等关键控制参数的影响。

1 绝缘管状母线结构规划指南

1.1 管状导体的规划指南

绝缘管状母线管状导体的管径和壁厚规划应遵循以下因素的要求:电气稳态要求,工程能长期承受附加电流;电气瞬态要求,项目要求能承受短时过载和短路电流;机械强度要求,管状母线结构在电力和机械力冲击下的机械强度;不同绝缘结构下导体的热阻以及在公认条件下导体和不同绝缘的允许工作温度; ”;针对不同电流水平的集肤效应的影响、管状母线的刚度以及运行过程中对机械稳定性的要求。

绝缘管状母线的电气稳态要求在国家电网公司企业规范Q/GDW11646-2016中有规定。在正常工作情况下,管状导体的稳定温度不应超过最高允许工作温度,一般为90℃。 ;关于电气瞬态要求,当绝缘管状母线承受短时过载和短路电流时,其管状导体的温度为250℃。

关于机械强度要求,管状母线在受到机械冲击甚至短路电力时能满足动态稳定性要求,即管状导体承受的最大应力不应超过最大许用应力;考虑集肤效应的要求,根据工程电磁场理论,铜管导体的电流穿透深度为9.4mm;

在经济要求方面,结合经济电流密度的要求,即在满足电气稳态要求和电气暂态要求的前提下,尽量保证经济性。 .

因此,管状导体的计算主要包括:根据在正常工作条件下管状导体的附加载流量和相对于周围介质的允许温升,管状导体截面的初步设计方案确定,并对其一次接触损耗、热阻计算和然后,通过短时过载和短路电流、机械强度、趋肤效应和经济电流等相关理论,相应计算出管状导体的横截面密度[9]。

1.2 绝缘厚度规划指南

根据多年来对结构与绝缘管状母线产品相似的电力电缆的规划和运营经验,仅根据Z最大电场强度公式来规划绝缘管状母线的绝缘厚度是不够的。绝缘管状母线的绝缘厚度设计[10-12]必须综合考虑电压类型和尺寸、工艺限制、机械强度要求和所用绝缘材料的击穿特性。

关于电压类型,包括工频电压、工作冲击过电压和雷电冲击过电压;在工艺限制方面,对于电压等级非常低的绝缘管状母线,由于绝缘层厚度太小和工艺条件的限制,难以满足规划。要求;在机械强度方面,绝缘管状母线在实际生产和应用过程中不可避免地会受到机械力的作用,尤其是弯曲部分绝缘层的应力集中,所以绝缘管状母线必须有一定的绝缘厚度。满足机械力的要求;绝缘材料的击穿特性主要包括绝缘材料的长期工频击穿电场强度和冲击击穿电场强度。磨损特性逐渐成为决定绝缘层厚度的首要因素。

2 绝缘管状母线结构核算示例(略)

环氧树脂浇注绝缘管型母线结构参数计算

根据绝缘管型母线的结构特点,其长度和外径可以近似为无限长,因此可以忽略末端的电场强度和温度场。在仿真研究中,假设绝缘管状母线的轴向没有温度梯度,即径向只有温电流传递,绝缘管状母线各部件的接触电阻被忽略。

3、关键设计量对绝缘管状母线结构设计的影响(略)

绝缘管状母线的导体内径、外径(壁厚)、屏蔽层厚度、绝缘厚度等关键设计量的变化会影响绝缘管状母线的设计标准,如导体表面的温升、最大电场强度,末端电场强度的影响等。

综上所述

本文主要计算环氧树脂浇注绝缘管状母线的结构,并以10kV/4 000A绝缘管状母线为例,分析其直线段、弯头段和中心接头的设计标准,并基于有限元方法仿真,分析了导体内径、绝缘层厚度等设计参数对绝缘管状母线结构性能的影响。首先得出以下结论:

1) 在绝缘管状母线的弯头处,内部电场强度略小于外部电场强度。

2)电场强度Z最大值随着屏蔽层数的增加几乎呈线性增加,Z最大电场强度的径向权重也有相同的变化趋势;而其轴向重量随着屏蔽层数的增加而逐渐减小。

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