Диссертация (Исследование, разработка и усовершенствование конструкций переходных соединительных муфт для кабелей на напряжение 110-220 кВ), страница 7

И могут быть причиной возникновенияначальных ЧР.HРис.2.16. Картина напряженности электрического поля в стресс-конусе концевоймуфты типа 3.E, кВ/мм0,920,88210,800,720,640,560,480,40020406080100120140160180L, ммHРис.2.17 Распределение напряженности электрического поля на поверхностистресс-конуса концевой муфты типа 3. Точки максимумов 1 и 2 совпадают скоординатами каналов пробоя (рис.2.13).H50Кроме того, электрический расчет, проведенный для данной муфты, показалвысокий уровень напряженности электрического поля на поверхности стрессконуса: E = 0,9 кВ/мм (рис.2.17).Принимая во внимание, что большинство пробоев муфт, представленныхдля экспертизы, произошло в холодное время года (температура воздуха нижеминус 25°C), кроме вышеуказанного следует учитывать возможноепроникновение влаги внутрь изолятора муфты и ее влияние на электрическуюпрочность границы раздела двух сред: «внешняя поверхность стресс-конуса изоляционная жидкость».При наличии растворенной или эмульгированной воды в изоляционнойжидкости, заполняющей изолятор муфты, электрическая прочность изоляционнойжидкости резко падает.

По причине снижения растворимости воды визоляционной жидкости при понижении температуры особенно опасно, когдарастворенная вода выделяется в виде кристаллов льда. Потому, чтоэмульгированная или выделившаяся в виде кристаллов льда вода вследствиеэлектрофоретических (или диэлектрофоретических) явлений [41, 42] скапливаетсяв местах наибольшей напряженности поля (на поверхности стресс-конусаконцевой муфты) и являются в дальнейшем причиной возникновения скользящихповерхностных разрядов.Поверхностные разряды приводят к возникновению электрического триингав твердой изоляции и его прорастанию сквозь материал стресс-конуса и изоляциюкабеля вплоть до жилы кабеля. В результате потенциал жилы кабеля выносится наповерхность изоляции кабеля и поверхность выравнивающего конуса.

Вдальнейшем пробой может развиваться как по поверхности изоляции кабеля, так ипо поверхности выравнивающего конуса с замыканием на заземленные частимуфты.Рассмотренные нами случаи имели место в концевых муфтах на напряжение220 кВ. Таким образом, наличие свободной влаги в изоляционной жидкостиконцевых муфт на напряжение 220 кВ по причине высоких напряженностейH51электрического поля в изоляции особенно опасно. Этим фактом подтверждаетсяправильность выбора для переходной муфты на напряжение 220 кВ стресс-конусаиз эластомерного материала без заполнения камеры со стороны кабеля сизоляцией из СПЭ изоляционной жидкостью (сухой вариант муфты). В разделе2.3 настоящей диссертации будет более подробно рассмотрен такой вариантконструкции переходной муфты на напряжение 220 кВ.В тоже самое время, в нашей практике мы не отмечали ни одного случаяпробоя концевых муфт на напряжение 110 кВ по причине попадания влаги визоляционную жидкость.

Это объясняется следующим. Рассеиваемой за счетдиэлектрических потерь мощности недостаточно для испарения эмульгированойводы, следовательно нет возможности для развития скользящих поверхностныхразрядов. Поэтому на напряжение 110 кВ незначительное (в пределах 1%)увлажнение электроизоляционной жидкости не приводит кабельную муфту квыходу из строя.В результате анализа пробоев высоковольтных концевых муфт установлено,что причиной пробоя в каждом из вышеприведенных случаев было возникновениескользящих Ч.Р.

в областях стресс-конуса, обозначенных «А», «В» и «С» на рис.2.18.HРис.2.18. Схема стресс-конуса концевой муфты с обозначениями областейнаиболее вероятного возникновения Ч.Р.Разрабатываемая переходная соединительная муфта содержит два стрессконуса, заключенные в одном корпусе. При этом в качестве причины пробояпереходной муфты может рассматриваться возникновение критических Ч.Р. вуказанных выше областях. Для безаварийной работы переходной муфты,H52необходимо обеспечить уровень напряженности электрического поля наповерхностях стресс-конуса ниже величины, определяющей возникновениекритических Ч.Р.Таким образом, расчетная область переходной муфты - это граница разделадвух диэлектрических сред, либо область с наибольшей напряженностью поля,электрическая прочность которой определяет прочность конструкции в целом.2.2.

Конструкция прототипа переходной соединительной муфты иопределение ее расчетных областей.Конструкция прототипа разрабатываемой переходной соединительноймуфты, приведена на рис.2.19. В качестве центральной части данной конструкциипереходной муфты применялись центральная часть стопорной муфты (рис.1.3).Два стопорных изолятора (поз.4) и металлический кожух из немагнитной стали(поз.8) образуют три герметичных камеры.

В двух внутренних размещаютсястресс-конуса (поз.3 и 13). Внешняя камера первой переходной муфтызаполняется тем же электроизоляционным маслом (МНК-4В), что и секция линииМНК. Масло находится под избыточным давлением, создаваемым баком подпитки[43]. Стресс-конус со стороны МНК получали путем литья в форму наполненногооксидом алюминия эпоксидного компаунда. В форму был предварительно заложенметаллический выравнивающий конус. Для изготовления стресс-конуса состороны кабеля с изоляцией из СПЭ применялась разработанная во ВНИИКПтехнология получения монолитной изоляции из сшитого ПЭ.H53HРис.2.19. Конструкция прототипа переходной муфты на напряжение 110 кВ сцентральной частью от стопорной муфты.

1 - штуцер для маслоподпитки; 2 маслопроводящий канал жилы МНК; 3 - эпоксидный стресс-конус; 4 - стопороныйэпоксидный изолятор; 5 - масло МНК-4В; 6 - стальная втулка; 7 - бумажномасляная изоляция; 8 - кожух из немагнитной стали; 9 - эпоксидный изолятор свлитым центральным электродом; 10 - штекерный соединитель; 11 - меднаягильза; 12 - жидкость ПМС-100; 13 - монолитный ПЭ стресс-конус; 14 - жилакабеля с изоляцией из СПЭ.Жилы строительных длин кабелей соединяют с помощью штекерногоустройства (поз.10).Камеру кабеля с изоляцией из СПЭ заполняли нейтральной в отношенииполимерных материалов полидиметилсилоксановой электроизоляционнойжидкостью (ПМС), производимой в соответствии с ГОСТ 13032-77. Подпиткасекции маслонаполненной линии осуществляется через камеру МНК, в которуюпроходит масло через зазор между разделкой кабеля и стопорным изолятором(поз.5) в маслопроводящий канал жилы МНК (поз.2). Стальная втулка (поз.6)предотвращает деформацию маслопроводящего канала жилы МНК приопрессовке медной гильзы.В процессе эксплуатации проявился серьезный недостаток конструкциипрототипа, который воспрепятствовал ее дальнейшему применению.

Стопорныеизоляторы (поз.3) центральной части муфты жестко крепятся к металлическимдеталям. Места жесткого крепления обозначены на рис.2.19. Из-за различныхкоэффициентов температурного расширения металлических деталей иэпоксидных стопорных изоляторов в этих местах образовывалась течь иH54нарушалась герметичность муфты. Кабельное масло МНК-4В могло попадать вкамеру кабеля с изоляцией из СПЭ, заполненную другой изоляционнойжидкостью, нарушая принцип совместимости масел и значительно повышаядавление в ней. Этот недостаток сделал невозможным дальнейшее применениеданной конструкции в энергосистемах РФ.Для определения критических в отношении распределения напряженностейэлектрического поля областей переходных муфт вместе с анализом причин отказаконцевых муфт высокого напряжения были использованы результатыэлектрических испытаний опытных образцов стопорных муфт, проведенных ввысоковольтной лаборатории ВНИИКП, изложенные в отчетах 80-90 г.г. [44].Как правило, пробой в стопорной муфте происходил по границе раздела:продольно между слоями бумажно-масляной изоляции центральной частистопорной муфты (схема 1, рис.2.20) или по поверхности усиливающей изоляции(схема 2).

Причина явления заключается в известном в высоковольтной техникесвойстве значительного снижения разрядного напряжения по поверхности разделаизоляционных сред различного агрегатного состояния и появлении значительнойтангенциальной напряженности электрического поля.HРис.2.20. Схемы пробоя стопорной муфты на напряжение 110 кВ (каналы пробояобозначены красной линией).H55На основе анализа результатов испытаний, автором были выделенырасчетные области конструкции прототипа переходной муфты на напряжение 110кВ, показанные на рис.2.21.HРис.

2.21. Расчетные области конструкции прототипа переходной соединительноймуфты на напряжение 110 кВ.a - поверхность раздела стресс-конуса из СПЭ и электроизоляционная жидкость;b - бумажно-масляная изоляция;с - поверхность центрального электрода.В разделе 1.2 настоящей диссертации описана технология изготовлениямуфт из предварительно отлитых элементов из кремнийорганической резины.Данную технологию изготовления стресс-конуса предлагается применить вконструкции переходной муфты на напряжение 220 кВ.Целесообразность применения данной технологии в переходных муфтах нанапряжение 220 кВ обусловлена повышенными требованиями к чистоте изоляциистресс-конуса.

Требуемый уровень чистоты сложно обеспечить, применяятрадиционную отечественную технологию. В предыдущем разделе был приведенанализ причин пробоя концевых муфт на высокое напряжение. Отмечалось, чторяд случаев пробоя были связаны с наличием воды в изоляционной жидкости,заполняющей изолятор. Применение в переходной муфте стресс-конуса изH56эластомерного материала позволяет полностью отказаться от заполненияизоляционной жидкостью камеры со стороны кабеля с изоляцией из СПЭ.На рис. 2.22 приведена конструкция прототипа переходной соединительноймуфты на напряжение 220 кВ предложенная автором.

Особенность этойконструкции заключается в отсутствии заполнения электроизоляционнойжидкостью камеры со стороны кабеля с изоляцией из СПЭ. Более высокий класснапряжения предполагает увеличение токовой нагрузки, следовательноконструкция соединителя будет отличается от предложенной конструкциисоединителя в переходной муфте на напряжение 110 кВ.Для такой конструкции характерны следующие расчетные области: a г р а н и ц а р а з д е л а и з о л я ц и и к а б е л я и з С П Э и с т р е с с - ко н у с а и зкремнийорганической резины; b - граница раздела изоляции стресс-конуса изкремнийорганической резины и эпоксидного изолятора [45].HРис.2.22.

Базовая конструкция переходной муфты на напряжение 220 кВ (сторонакабеля с изоляцией из СПЭ).1 - эпоксидный изолятор; 2 - кожух; 3 - соединитель штекерного типа; 4 - стрессконус из кремнийорганической резины; 5 - стальная пружина; 6 - оболочка кабеля;a - граница раздела изоляции кабеля из СПЭ и стресс-конуса изкремнийорганической резины; b - граница раздела изоляции стресс-конуса изкремнийорганической резины и эпоксидного изолятора; с - поверхностьцентрального электрода.H572.3 Регулирование напряженности электрического поля в переходноймуфте.Расчет муфт высокого напряжения сводится к нахождению таких условий(геометрия муфты, электрофизические характеристики изоляционныхматериалов), при которых значение напряженности электрического поля врасчетной области, определяющее электрическую прочность всей муфты,соответствует принятой или допустимой величине.В качестве базовой конструкции выбирается существующая муфта,параметры которой удовлетворяют требованиям, предъявляемым к муфтамсоответствующего класса напряжения, но не являются оптимальными, аследовательно, базовая муфта имеет большие габариты, материалоемкость изатраты труда на ее изготовление [28].Поле в изоляции переходной муфты существенно отличается отцилиндрического поля в изоляции кабеля.