ТОКОВВОД Российский патент 1994 года по МПК H01B17/54 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к конструкции токовводов, предназначенных для эксплуатации в пароводяных средах.

Известен электроввод для работы в пароводяных средах, содержащий металлическую обечайку с торцовым защитным буртиком, внутренний проводник и расположенный между ними изолятор, выполненный в виде набора электроизоляционных втулок [1] .

Такая конструкция не обеспечивает надежной изоляции в условиях повышенной влажности, так как поверхность изолятора покрывается водяной пленкой. В зависимости от загрязненности поверхности, проводимость такой пленки может составлять 5÷30 мксм (ГОСТ 26093-84).

При решении ряда задач возникает необходимость размещения высоковольтных токовводов в потоке пара. Так, например, для активации процесса конденсации в патрубке паровой турбины размещают систему коронирующих электродов, к которым подводится напряжение 50÷100 кв . Сопротивление утечки по поверхности стандартных изоляторов в насыщенном паровом потоке составляет 10⁷÷10⁸ Ом. При указанных напряжениях и сопротивлениях утечки мощность потерь может составить 10²÷10³ Вт на каждом изоляторе [2] .

Для питания коронирующих электродов, как правило, используют высоковольтный источник с большим внутренним сопротивлением, ограничивающим ток коронного разряда величиной 10^-4÷5·10^-4 А. При увеличении тока коронный разряд переходит в искровой, а затем в дуговой (если позволяет мощность источника). Поэтому внутреннее сопротивление источника питания должно составлять 10⁸÷10⁹ Ом. Подключенное параллельно коронирующему электроду сопротивление утечки и внутреннее сопротивление источника образуют делитель напряжения. При указанных значениях сопротивлений утечки и источника образуется делитель напряжения с коэффициентом деления ≈ 10. Это означает, что падение напряжения на коронирующих электродах в десять раз меньше, чем на внутреннем сопротивлении источника. При таких условиях возникновение коронного разряда становится невозможным. Сопротивление утечки определяется только наличием пленки сконденсированной влаги на поверхности изоляционного тела. Пары воды обладают малой проводимостью и практически не оказывают влияния на величину сопротивления утечки. Поэтому для уменьшения токов утечки необходимо удалить с поверхности изолятора сконденсированную влагу [3] .

Известно, что перегрев поверхности всего на 6^оС ведет к прекращению процесса конденсации. Таким образом, перегрев поверхности на 10^оС относительно температуры окружающей среды полностью предотвращает возникновение конденсата на изоляторе. При этом удельные затраты мощности на подогрев составляют
Р_уд = α ˙ ΔТ, где Р _уд - удельная мощность, Вт/дм²;
α- коэффициент теплопроводности, Вт/дм² ˙ ^оС;
Δ Т - перегрев поверхности, ^оС.

Для свободного воздушного пространства при давлении 760 мм рт. ст.

α = 1,2 ˙ 10^-1 Вт/дм² ˙ ^оС и Δ Т = 10^оС достигается при удельной мощности Р_уд. = = 1,2 Вт/дм².

Хотя при ухудшении условий эксплуатации изолятора Р_удувеличивается, однако значения Р_уд незначительны и поэтому подогрев поверхности изолятора является наиболее эффективным способом борьбы с утечками [4] .

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для устранения обледенения с экранов изоляторов для наружной установки [5] .

Сущность известного решения состоит в том, что изоляционное тело токоввода, содержащее пропущенный сквозь него проводник, снабжено принудительным подогревом, осуществляемым прокачкой непроводящего газообразного или жидкого теплоносителя по изоляционной трубке, охватывающей внешнюю поверхность изоляционного тела. Такая конструкция подогревателя обеспечивает устранение обледенения с кромок экранов, но оказывается совершенно непригодной для предотвращения конденсации водяного пара, так как подогрев поверхности осуществляется только нагревателем, навитым по спирали, и на поверхности изолятора образуется лишь спиральная дорожка, свободная от конденсата. Остальная поверхность покрывается пленкой воды. Для того, чтобы при такой конструкции подогревателя обеспечить перегрев всей поверхности, температура теплоносителя должна быть существенно выше температуры пара из-за неравномерного подогрева изолятора. Для обеспечения работы такого изолятора необходимо иметь устройство для подогрева и передачи теплоносителя. Кроме того, при работе в потоке пара тепловые потери на подогрев сильно возрастают. Для устранения этих недостатков предлагается конструкция токоввода преимущественно для работы в пароводяной среде, содержащего изоляционное тело и пропущенный сквозь него проводник. При этом размещаемая в пароводяной среде часть изоляционного тела снабжена замкнутой полостью, в которой установлен нагревательный элемент, электрически включенный в разрыв проводника, и размещена внутри диэлектрического кожуха, расстояние от которого до поверхности проводника определяют величиной пробивного расстояния для пароводяной среды, причем нагревательный элемент выполнен в виде ионизируемого газа или резистивного элемента.

На чертеже приведен предлагаемый токоввод.

Он содержит изоляционное тело, состоящее из наружной 1 и внутренней 2, размещаемой в пароводяной среде, частей, сквозь которые пропущены входной 3 и выходной 4 проводники. Во внутренней части 2 изоляционного тела выполнена замкнутая полость 5, в которой размещен нагревательный элемент 6, выполненный, например, в виде резистивного элемента. Источник высокого напряжения подключают к входному проводнику 3, а нагрузку - к выходному проводнику 4. Внутренняя часть 2 изоляционного тела помещена в диэлектрический кожух 7, расстояние от которого до поверхности проводника 4 определяется величиной пробивного расстояния для пароводяной среды.

Токоввод работает следующим обpазом.

В патрубке паровой турбины для активации процесса конденсации размещают систему коронирующих электродов, к которым необходимо подвести напряжения величиной 50-100 кВ от источника высокого напряжения. Токоввод устанавливают с помощью элементов крепления в патрубке паровой турбины таким образом, что внутренняя часть 2 изоляционного тела с кожухом 7 размещается в пароводяной среде. Источник высокого напряжения подключают к входному проводнику 3, а нагрузку - к выходному проводнику 4. При этом ток протекает через нагревательный элемент 6, который подогревает поверхность изоляционного тела - его внутренней части 2. Поскольку нагревательный элемент 6 включен в цепь последовательно, то при образовании конденсата появляется ток утечки и суммарный ток нагревательного элемента увеличивается. При этом температура последнего, а следовательно, и поверхности изоляционного тела растет. Рост темпеpатуры продолжается до тех пор пока не прекращается конденсация влаги на поверхности внутренней части 2 изоляционного тела, после чего величина тока в цепи уменьшается до нормального значения. Таким образом достигается режим автоматического поддержания необходимой температуры поверхности изоляционного тела. Для предотвращения прямого попадания на поверхность изоляционного тела капелек воды служит кожух 7. Минимальное расстояние между внутренней поверхностью кожуха 7 и проводником 4 определяется пробивным напряжением для данной пароводяной среды.

Для защиты нагревательного элемента 6 от влаги при отключенном напряжении полость 5 должна быть выполнена замкнутой и герметично закрытой со стороны проводника 4. Таким образом, предлагаемая конструкция по сравнению с прототипом обеспечивает сохранение изоляционных свойств поверхности изолятора в потоке насыщенного водяного пара за счет автоматического поддержания необходимого для этого перегрева изоляционного тела. Кроме того, для обеспечения работы предлагаемого токоввода не требуется отдельная система подогрева и передачи теплоносителя. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1403106, кл. Н 01 В 1/26, 1986.

2. Авторское свидетельство СССР N 1677483, кл. F 28 F 13/16, 1989.

3. Староба Й. и др. Статическое электричество в промышленности. М. -Л. : Госэнергоиздат, 1960, с. 284.

4. Умур А. и др. Механизм капельной конденсации. Теплопередача, Труды АОИМ, серия В, 1965, т. 87, N 2, с. 135-144.

5. Патент ГДР N 245972, кл. Н 01 В 17/54, 1987.

Использование: в конструкциях токовводов, предназначенных для эксплуатации в пароводяных средах. Сущность изобретения: токоввод содержит изоляционное тело, состоящее из наружной 1 и внутренней 2, размещаемой в пароводяной среде, частей, сквозь которые пропущены входной 3 и выходной 4 проводники. Во внутренней части 2 изоляционного тела выполнена замкнутая полость 5, в которой размещен нагревательный элемент 6. Источник высокого напряжения подключают к входному проводнику 3, а нагрузку - к выходному проводнику 4. Внутренняя часть 2 изоляционного тела помещена в диэлектрический кожух 7, расстояние от которого до поверхности проводника 4 определяется величиной пробивного расстояния для пароводяной среды. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. ТОКОВВОД преимущественно для пароводяной среды, содержащий снабженное нагревательным элементом изоляционное тело и пропущенный сквозь него проводник, отличающийся тем, что размещаемая в пароводяной среде часть изоляционного тела выполнена с замкнутой полостью, в которой установлен нагревательный элемент, электрически включенный в разрыв проводника, и размещена внутри диэлектрического кожуха, расстояние от которого до поверхности проводника определено величиной пробивного расстояния для пароводяной среды. 2. Токоввод по п. 1, отличающийся тем, что нагревательный элемент выполнен в виде ионизируемого газа или резистивного элемента.