Высоковольтный газонаполненный изолятор Советский патент 1993 года по МПК H01B17/36 

Изобретение относится к области высоковольтной техники,а именно к изоляцион- ному узлу аппаратов высокого и сверхвысокого напряжения, имеющему изоляционные конструкции конденсаторного типа с изоляцией сжатым газом.

Целью изобретения является уменьшение габаритов аппарата за счет оптимизации геометрических размеров изоляционного узла, позволяющей цри заданной электрической прочности получить минимальные габариты.

Цель достигается тем, что высоковольтный газонаполненный изолятор .преимущественно высоковольтных электрических аппаратов содержит изоляционный корпус, в котором выполнены один электрод, предназначенный для заземления, один электрод, предназначенный для подключения к рабочему напряжению и п промежуточных электродов, причем 1 п 4, при этом указанные электроды выполнены в виде коаксиально расположенных труб разной длины с радиксами R0 - для внутреннего электрода, RBH - для внешнего электрода и RI - для промежуточных электродов.

Их основные геометрические и электрические параметры связаны соотношением:

Rin (10,9+0,05- n)R0+(ain-bin n+cm

00 CJ 00 00

со ю

со

-n2-dm -n3) 11 ±a,

где Up - расчетное напряжение;

Eg - допустимая напряженность на поверхности электродов;

I 1, 2, 3, 4, b - номер промежуточного и внешнего электродов;

п 1,2,3,4 - количество промежуточных электродов, при этом

а - допуск для радиусов промежуточного и внешнего электродов и равный 0- 0,03 для промежуточных и 0-0.05 для внешнего электродов.

ain bin cin dip - коэффициенты, определяющие радиусы электродов и равные в зависимости от количества промежуточных электродов

ain-(0,141 - 1,900)

bm - (0.965-0.523)

Cm -(0,260-0,135)

din (0,025-0,012),

при этом емкость между электродами соответствует следующим соотношениям:

CTTi-i

Rf + 1 In RI+I

Ri

Ri-t

n

RI-I

)

где i 1,2,3,4, b - номер промежуточного или внешнего электрода.

Цилиндрические электроды имеют постоянные радиусы по всей длине, причем их длины выбираются по следующим соотношениям:

, RI

Ri

- Ы. 1

где j - длина промежуточного и внешнего электрода, при этом i 1, 2, 3, 4, b.

На фиг. 1 показан общий вид высоковольтного электрического аппарата; на фиг. 2 - расположение электродов изоляционного узла; на фиг. 3 - схема замещения.

Высоковольтный газонаполненный изолятор преимущественно высоковольтных электрических аппаратов содержит колонку 1 в виде заземленной трубы с системой концентрических потенциальных электродов 2, 3, 4.

Труба 1 с системой концентрических потенциальных электродов 2, 3, 4 помещена в изоляционную покрышку 5.

Высоковольтный изолятор с изоляцией сжатым газом содержит корпус, в котором выполнены внутренний электрод 1 в виде трубы радиусом R0 (находящийся под напряжением или заземленный), внешний электрод 4 в виде коаксиального цилиндра конечной длины (соответственно заземленного или находящегося под напряжением) радиуса Rb и коэксиально расположенных двух или нескольких металлических электродов 2, 3 конечной длины с внутренними радиусами Ri,R2...Rn и толщиной Дс соответствующими скруглениями краев 6, крепящихся к внутреннему или внешнему

электроду 1,4с помощью диэлектрических элементов 7 произвольной формы (находящихся под промежуточными потенциалами), предназначенных для снижения напряженности на основных электродах 2, 3.

Их основные геометрические и электрические параметры связаны соотношениями: для системы с одним промежуточным электродом Ro Ri Rb Up

Rb Ri

(Ro + 1, tfl

0,05); Ro + (Rb - RoXO,5 ±0,02),

для системы с двумя промежуточными элек- 15 тродэми Ro Ri R2 Rb

Uc

Ri (R0 +0,333 Ј )(1 ±0,02): ьд Up

R2 (Ro +0,78

X1 ±0.02);

UE

Rb-(0,95R0 + 1,28 -FЈ X1

ЬД

0,05),

где Up - расчетное напряжение;

Ед - допустимая напряженность на поверхности электродов,

при этом емкость между электродами должна удовлетворять соотношениям:

для системы с одним промежуточным электродом

5

для системы с двумя промежуточными электродами

г RilnS- Coi RI

СП

R2ln

С12 R2

Ro In

Л1

Ro

C26

Riln

R2 Ri

0

5

0

5

Ib

Цилиндрические электроды 1-4 имеют постоянные радиусы по всей длине, причем их длина выбирается по выражениям:

для системы с одним промежуточным электродом

i R1 i

для системы с двумя промежуточными электродами

i Rl i i R2 11 |2 R

Рассмотрим узел с двумя промежуточными электродами. Известно, что в конструкциях с сжатым газом величина допустимой напряженности Ед на поверхности электродов зависит от вида напряжения Up, давления газа Р и площади поверхности электродов S. Однако для S 1000 см , что имеет место в данной конструкции, Ед практически не зависит от S. Тогда из рассмотрения схемы замещения

с учетом толщин промежуточных электродов А, можно записать:

Rnln {jl+ (R1+ A)ln +(R2+A)x

Rb Up

-- -Е(2)

х In

R2 + Д Ед Для нахождения минимальных габаритов высоковольтного изолятора при известном отношении - , очевидно, необходимо

д

Продифференцировать (2) по каждой переменной и приравнять частные производные К нулю.

Расчеты показывают, что в этом случае

. Up для различных отношении - радиус внутьд

ренней трубы R0 должен находиться в пределах RO 1,6 + 1,8 см. Однако такой размер Ro не допустим по условию механической или электрической (величины тока) прочности. Из практики проектирования подобных конструкций известно, что RO S3 см. Поэтому данная задача является задачей нахождения минимума функции нескольких переменных с ограничениями.

Величина внешнего радиуса Rb является функцией переменных Ri, R2 и параметров RO, А. -р . Задача состоит в условной

д

минимизации функции Rb при следующих ограничениях:

Ро (3т6)см: Д(0.1-0,5)см;

Ј

ЬД

Подобная задача аналитически не решается. Ее решение требует численной реализации на ЭВМ при каждом сочетании параметров,

Оптимальные значения величин Ri, R2, Rb. сложно зависят от параметров R0, A,

-рЛ . Поэтому для нахождения этих зависи- Ьд

мостей целесообразно использовать методы теории планирования экспериментов. Обработка результатов ортогонального центрального композиуионного планирования позволила получить следующие зависимости:

(БЧЯсм

1,009R0 +

А-0,032

с/

0,338 УЈЬд

tUc

II Сд R0 + 0,86 + 0,577 Д

Rb -1,704 + 1 +1,813 А -0,048 Ј

125R0 + 1,591

Дальнейшая математическая обработка зависимостей (3) позволила свести их к зависимости (1).

При выборе геометрических размеров по (1) погрешность расчета Up не превосходит ±5%. Этот факт установлен с помощью использования метода статистических испытаний (Монте-Карло).

Для фиксированных значений R0 3 см

U

иР0 6сми -g- (5, 10) см было проведено

ьд

по 50000 статистических испытаний, что позволило определить погрешность вычислений Up.

Пример конкретного расчета, если: RO 6см R1 Ro + {Rb - Ro)(0,5 ±0,2) - 6 +

+0,333 AS 1,1) -1,02 9,7 см

140

R2 (Ro + 0,78 X1 + 0,02) 6+0,78 ьд

v Д 1,1) 1,02 14.6 см

Rb (0,95R0 + 1,28 1350

(0,95 6 + 1,28 Ib 35 CM

1 R2 i

2 Ri b 9,7

UP

Ёд1.1) 1

)(1 + 0,05) 0,5 20,3 CM

35 53 CM

Д 53 86 см HOD

Предлагаемое техническое решение позволяет сократить время на проведение работ по оптимизации геометрических размеров изоляционного узла; при заданной электрической прочности получить минимальные габариты изоляционного узла.

45

Формула изобретения 1. Высоковольтный газонаполненный изолятор преимущественно высоковольтных электрических аппаратов, содержащий

изоляционный корпус, в котором выполнены один электрод, предназначенный для заземления, один электрод, предназначенный для подключения к рабочему напряжец-. нию, и п промежуточных электродов, причем 1 П 4, при этом указанные электроды выполнены в виде коаксиально расположенных труб разной длины с радиусами RO для внутреннего электрода, RBH -с для внешнего электрода, и Ri - для промежуточных электродов, отличающийся тем, что, с целью уменьшения радиальных габаритов аппаратов, их основные геометрические и электрические параметры связаны соотношением

n2-dm

Rm (10,9+О.ОБ- n)R0-(ain-bin- n+cin / n)V±a,

где Up - расчетное напряжение;

Ед - допустимая напряженность на поверхности электродов;

1 1,2,3,4,Ь-номер промежуточного или внешнего электрода,

п 1,2,3,4 - количество промежуточных электродов, при этом

а-допуск для радиусов промежуточного и внешнего электродов и равный 0-0,03 для промежуточных и 0-0,05 для внешнего электродов,

ain :bin fcin din - коэффициенты, определяющие радиусы электродов и равные в зависимости от количества промежуточных электродов:

ain {0,141-1.900);

bm- (0,965-0,523);

сщ (0.260-0,135);

dm -(0,025-0.012),

при этом емкости между электродами соответствуют следующим соотношениям:

RI 4-1 -in

Ri-H RT

Ri-1 -In

Ж

i-l

где i 1,2,3,4,b - номер промежуточного или внешнего электродов.

2. Изолятор по п. 1, от л и ч а ю- щ и и ся тем, что цилиндрические электроды имеют постоянные радиусы по всей длине, причем их длины выбираются по следующим соотношениям:

Rj i-i

:ЖГТ Ы

где I) - длина промежуточного или внешнего

электрода. . при этом I 1,2,3,4,Ь.

Использование: устройства высокого и сверхвысокого напряжения, имеющие изоляционные конструкции конденсаторного типа с изоляцией сжатым газом. Высоковольтный электрический аппарат содержит изоляционный узел с изоляцией сжатым газом. Узел выполнен из внутреннего электрода в виде трубы радиусом R0, внешнего электрода в виде коаксиального цилиндра конечной длины радиусом Рь и коаксиально расположенных двух или нескольких металлических цилиндров конечной длины с внутренними радиусами Ri, R2, Рз, R4 и толщиной Ас соответствующими скругле- ниями краев, которые прикреплены к внутреннему или внешнему электроду с помощью диэлектрических элементов произвольной формы. Основные геометрические и электрические параметры связаны определенными соотношениями. Цилиндрические электроды имеют постоянные радиусы по всей длине, причем их длина также выбирается по определенным выражениям. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Ч

оС(М

ни

Фи г. I

0-2 Сг-8

Ur

4

Фцг.З