Высоковольтное устройство ввода
HIGH VOLTAGE INPUT DEVICE

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в составе агрегатов, используемых в металлургической, химической промышленности, например, в электрофильтре (далее ЭФ) для очистки уходящих газов печи на металлургических производствах.
Высоковольтное устройство ввода с токопроводом (далее ВУВ) является проходным изолятором и предназначено для работы в условиях перепада температур ±250°С и пропускания электрического тока напряжением до 35 кВ через металлическую перегородку фланца перехода корпуса изоляторной коробки, например, электростатического фильтра, находящуюся под другим электрическим потенциалом.
Традиционно высоковольтное устройство ввода выполняется в виде изолирующей втулки, которая приформована к токопроводящему стержню, например, GB 2289803 А, опубл. 29.11.1995. Такое выполнение не исключает перегрева конструкции при использовании в условиях высоких температур, а вид крепления втулки к стержню делает невозможной ремонт без полной замены узла.
Из RU 2195032 С2, опубл. 20.12.2002 (ближайший аналог), известен высоковольтный узел ввода. Он содержит токоведущий стержень, изоляцию, имеющую на внутренней поверхности покрытие из электропроводящей кремнийорганической резины, нижнюю часть ввода, трубчатый элемент из электропроводящей резины и опорную втулку. На торцах ввода имеет верхний и нижний экраны. Нижняя часть ввода охвачена защитной эпоксидной деталью в виде цилиндра или конус. Однако используемые материалы помимо того, что они достаточно дороги, также имеют ограничения по температурным условиям эксплуатации, конструкция довольно сложна в изготовлении (литьё жидкой резины в форму и т.п.). Кроме того, при ремонте изделие также полностью подлежит замене.
Высоковольтное устройство ввода в промышленных условиях функционирует в условиях постоянного и значительного перепада температур.
По условиям работы в составе агрегатов конструкция ВУВ имеет жесткие связи с одной стороны с шиной высоковольтного проходного изолятора ввода коронирующих электродов, с другой стороны - с подводящей высоковольтной шиной из распределительного устройства собственных нужд.
Со стороны короба высоковольтного проходного изолятора конструкция ВУВ подвержена воздействию высоких температур, передающихся от потока очищаемого газа - 300°С и выше, а со стороны подводящей высоковольтной шины конструкция ВУВ подвержена воздействию температуры атмосферы в цехе, определяемой требованиями техники безопасности и промышленной санитарии.
Следовательно, существует проблема повышения надежности работы изолятора за счет минимизирования времени отключения оборудования из-за перегрева.
Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в повышении надежности ВУВ за счет конструкции, лишенной недостатков ближайшего аналога, в которой минимизирование времени отключения оборудования из-за перегрева будет достигнуто за счет упрощения ремонта с возможностью замены узла, а не устройства изолятора целиком, а также уменьшения площади соприкосновения горячих теплопередающих элементов с прочими элементами конструкции для минимизации теплопередачи при одновременной компенсации температурного расширения металлических элементов конструкции с помощью материалов с меньшим линейным тепловым расширением.
Технический результат достигается устройством ВУВ, содержащим токопровод в виде стержня с резьбой с обоих концов, ориентированного по оси в цилиндрической диэлектрической трубе из кварцевого стекла, и имеющим с обеих сторон приспособления к подключению к шинам, который, согласно изобретению, имеет обжимное средство, ограниченное шпильками, закрепленными между двумя фланцами, один из которых имеет диаметр, превышающий диаметр трубы, и выполнен с возможностью крепления через прокладку к ответному фланцу высоковольтной коробки изолятора, при этом оба торца диэлектрической трубы закрыты металлическими шайбами, а жесткость конструкции обеспечена накидными гайками на стержне токопровода.
В частном случае выполнения устройства на всем протяжении обжимного средства вокруг трубы выполнена намотка из графитового шнура, в свободном, т.е. в состоянии полного несжатия, фиксированная скобами из электропроводящего материала.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 изображено продольное сечение высоковольтного устройства ввода.
На фиг. 2 - поперечное сечение высоковольтного устройства ввода.
На фиг. 3 - эскиз обмотки кварцевой трубы ВУВ графитовым шнуром, стянутым медной проволокой.
На фиг. 4 - объёмно-пространственное изображение ВУВ.
На фиг. 5 - эскиз схемы крепления ВУВ к металлической конструкции корпуса изоляторной коробки.
На фиг. 6 - карта температур при испытании головного образца ИВИВУВ-35-ТК-1.
На фиг. позициями обозначены:
1 - обжимное приспособление - хомут из шпилек и фланцев
2 - торцевая шайба
3 - фланец хомута
4 - фланец хомута
5 - болт
6 - гайка
7 - гайка
8 - гайка
9 - гайка
10 - шпилька
11 - стержень токопроводящий (шпилька)
12 - труба кварцевая по ТУ 25.11 1004-89
13 - шнур графитовый квадратного сечения 8×8 мм по ГОСТ 5152-84
14 - провод из электропроводящего материала
Т1 - температура внутри изоляторной коробки, °С
Т2 - температура внутри вводной коробки, °С.
Пример
Фланец 4 закрепляют к промежуточному фланцу большего диаметра, который в свою очередь через прокладку закрепляют к ответному фланцу высоковольтной коробки изолятора, находящуюся под другим электрическим потенциалом.
Использование данного температурного фланца 4 и прокладки между фланцами уменьшает площадь сечения, по которому тепло распространяется со стороны высоковольтной изоляторной коробки. Температурный фланец 4 в свою очередь закрепляют к квадратному фланцу хомута 3 меньшей площади, установленного на кварцевой трубе 12. Промежуточная зона между фланцами 3 и 4 фиксирует намотку из графитового шнура, которая предохраняет кварцевую трубу от усилий растяжения металлических частей конструкции.
Скобы из провода из электропроводящего материала, например, из меди, фиксируют конструкцию обмотки графитового шнура в состоянии максимального растяжения и предотвращают коронирующие разряды на поверхности кварцевой трубы во время работы ВУВ, тем самым предохраняя кромки металлических деталей конструкции от локального перегрева, выгорания и т.п. пульсирующих воздействий.
Использование данного температурного фланца и прокладки между фланцами уменьшает площадь сечения, по которому тепло распространяется со стороны высоковольтной изоляторной коробки. Температурный фланец в свою очередь закрепляют к квадратному фланцу хомута меньшей площади, установленного на кварцевой трубе. Хомут фиксирует обмотку из графитового шнура, которая предохраняет кварцевую трубу от усилий растяжения металлических частей конструкции. Для решения проблемы перегрева была разработана конструкция ВУВ с промежуточным температурным фланцем, который позволил минимизировать перегрев конструкции ВУВ от теплопередачи со стороны короба высоковольтного проходного изолятора за счёт уменьшения площади контакта высоконагретых элементов с остальными элементами конструкции ВУВ.
Данный фланец с учётом своих крепёжных элементов удлинил теплопровод между нагретыми элементами конструкции и холодным торцом кварцевой трубы и сократил поперечное сечение теплопередачи без потери общей жёсткости конструкции.
Тепловой компенсатор из навивки графитового шнура квадратного сечения закрепляют на гладкой кварцевой трубе без упорных буртов. Осевое перемещение металлических элементов конструкции вследствие теплового расширения передаётся на компенсатор с помощью хомута.
Графитовая навивка в свободном состоянии (состоянии полного несжатия) фиксирована «скобами» из проволоки из электропроводящего материала. На испытательном стенде была применена медь, но материал может быть подобран и другой.
За счёт естественного трения между графитовой навивкой и кварцевой трубой отсутствует свободное перемещение расширяющегося теплопровода из фланцев и хомута в сторону холодного торца кварцевой трубы. Усилия сжатия от теплового расширения компенсируются сжатием графитовой навивки.
В ходе испытаний головного образца так же было достигнуто следующее полезное свойство конструкции ВУВ: применение металлических фиксаторов графитовой набивки температурного компенсатора позволило пресечь частичные разряды на поверхности кварцевой трубы ВУВ.
Разъемное соединение позволяет легко осуществлять отсоединение фланцев узла промежуточной зоны, а, следовательно, упрощает ремонт.
ВУВ имеет заземление на корпус электрофильтра, который в свою очередь подключается к штатной системе заземления предприятия.
В конструкции по ближайшему аналогу в условиях производственного процесса постоянно имел место перегрев ВУВ свыше 250°С, что вызывало отключение оборудования из-за перегрева.
В сравнении с испытаниями, проведенными на устройстве по ближайшему аналогу, выявлены преимущества, заключающиеся в снижении температур токопровода внутри вводной коробки относительно температуры внутри изоляторной коробки. Пресечены частичные разряды на поверхности кварцевой трубы ВУВ. Результаты температурных испытаний приведены в табл. 1.
Отключения оборудования от перегрева не происходило, разряды на поверхности кварцевой трубы ВУВ отсутствуют.
Таким образом, технический результат - повышение надежности работы устройства - достигнут.