Четвертая комплексная система обеспечения качества элегаза в электрооборудовании

с таким элегазом при давлении 0,35 МПа будет иметь температуру кон­денсации влаги только –28 °С.

Данные табл. 4.7 хорошо иллюстрируют оправданность мер по огра­ничению поступления воды с изоляционными материалами и посредст­вом диффузии. Изоляционные материалы элегазовых аппаратов, основу которых составляют компаунды горячего отверждения, по способу про­изводства получаются сухими. Но в процессе нерегламентированного хранения они увлажняются. И хотя этот процесс медленный и степень увлажнения невелика, тем не менее вклад этого источника влаги может оказаться большим. Ограничение контакта с атмосферной влажностью значительно снижает этот показатель. Очевидно, что предусмотреть ме­ры по предупреждению контакта с влагой воздуха значительно проще, чем сушить увлажненное изделие. Среди таких мер могут быть ис­пользованы:

1) снижение влажности воздуха при хранении изоляционных мате­риалов и изделий из них,

2) снижение влажности воздуха в сборочных цехах,

3) ограничение времени контакта изоляционных изделий с влагой окружающего воздуха.

Забегая вперед, укажем, что в качестве основного способа хранения изоляционных изделий устанавливается хранение в специальных поме­щениях с относительной влажностью не более 40 % в течение не более 0,5 года. Кроме того, накладываются ограничения на время сборки ап­паратов в зависимости от влажности в сборочных цехах.

Влагосодержание изоляционного материала определяется с учетом концепции нормализованного времени, вытекающей из второго закона Фика для диффузии, для нелинейного распределения влаги по толщине материала. В соответствии с этой концепцией для средней толщины изо­лятора 2 см пребывание изолятора во влажной среде в течение 0,5 года соответствует суммарному увлажнению на 20 %, а в течение 10 лет — на 80 % от возможного в этих условиях (см. пример 2 пп. 4.3.3). Естествен­но, более тонкие изделия увлажнятся больше. Но прослеживать за каж­дым изоляционным изделием и всеми колебаниями влажности у его по­верхности нет ни возможности, ни необходимости. Поэтому при даль­нейшем анализе рассматривается некоторый обобщенный изолятор.

Второй по величине источник влаги — уплотнения. Он может быть значительно уменьшен применением специальных сортов резины с по­ниженной влагопроницаемостью (см. табл. 4.4).

Итак, принятие мер по защите изоляционных изделий от увлажнения и применение специальных резин для уплотнения позволяет, по край­ней мере, на порядок уменьшить поступление воды в аппарат.

Второй этап обеспечения условия предотвращения конденсации со­стоит в расчете количества цеолита для патрона предотвращения кон­

денсации, которое обеспечило бы необходимое снижение абсолютной влажности в аппарате в тот период времени, когда могут быть созданы условия для конденсации.

Пути обеспечения нормативов влажности определяются на основе решения уравнения материального баланса по воде.

Рассмотрим уравнение материального баланса воды в аппарате внутренней установки. Влагосодержание, г, в начале эксплуатации в расчете на главные влагоносители составится из влагосодержания эле­газа Vж1000 и влагосодержания изоляционных материалов, размещенных в специальных хранилищах (разд. 4.3.3)

1000В(20 %/100)g_к(/100) или 0,2Вж10(g_к).






За срок службы N_н, год — назначенный срок службы — диффузион­ным путем в аппарат попадет (см. пп. 4.3.4)

p(s/x)N_нж3,1557ж10⁷ж18 /22400 г воды.

При усредненной концентрации влаги в элегазе 16,2 ppm-масс. коли­чество воды в аппарате будет определено выражением

16,2ж10–³V + 2В(g_к) + 25358,3N_нp(s/x).

В конце срока службы в соответствии с нормативом при 20 °С (по гигрометрической таблице абсолютная влажность А = 17,3 г/м³), темпе­ратура конденсации в аппарате должна быть не выше 0 °С (А = 4,5 г/м³), т.е. относительная влажность p/p_s = А/А_s = 4,5 /17,3 = 0,26. Влагосодер­жание элегаза составит 4,5V, увлажнение изоляторов достигнет 80 — 97 % от максимально возможного и составит

0,8ж0,26(g_кж1000/100)*или2,1(g_к).






Материальный баланс по воде на начальные и конечные условия вы­разится уравнением

16,2ж10–³V + 2В(g_к) + 25358,3N_нp(s/x) =

элегаз изоляция диффузия

= 4,5V + 2,1(g_к), (4.23)

элегаз изоляция

Подставим средний перепад парциального давления воды на уплот­нении p = 0,0017 МПа и упростим выражение:

16,2ж10–³V + (2В – 2,1)(g_к) + 43,1N_н(s/x) = 4,5V.

Как видно из уравнения, при заданном способе хранения изоляторов (В = 0,4) они оказываются в начале эксплуатации суше, чем могут ока­заться в конце (2В < 2,1), т.е. они даже могли бы поглотить некоторое количество воды. Однако в начале эксплуатации распределение воды по толще изолятора неравномерно и приповерхностные слои будут значи­тельно увлажнены, так что сначала изолятор будет отдавать воду в эле­газ. Учитывая разнообразие процессов перераспределения влаги в изо­ляционных изделиях и их малые скорости, можно принять, что в целом влияние материала изолятора на влажность элегаза в аппарате будет ни­велировано установленным способом хранения и ограничениями на время сборки аппаратов. Тогда уравнение упростится

16,2ж10–³V + 43,1N_н(s/x) = 4,5V,

а при средней плотности элегаза 18—22 кг/м³

43,1N_н(s/x) = 4,2V.

Отсюда получаем простое выражение, которое можно назвать «ли­митом на уплотнения» по воде:

(s/x) g 10–¹V /N_н, (4.24)

где N_н — назначенный срок службы, год.

Лимит на уплотнения по воде, также как и лимит на уплотнения по кислороду для выключателя [уравнение (4.20)], ограничивает геометри­ческие размеры уплотнения в зависимости от объема аппарата и приме­няемого для герметизации сорта резины. Это условие предопределяет поддержание нормативной влажности в аппаратах внутренней установ­ки в течение всего срока службы, если при производстве были выпол­нены требования на хранение изоляторов и сборку аппаратов. Лимит на уплотнения, необходимый для аппаратов внутренней установки, рас­сматривается как универсальное условие конструирования аппаратов и распространяется на все виды аппаратов как условие ограничения по­ступления воды в аппараты, как условие «хорошей производственной практики» (GMP — good manufacturing practice).

Аппараты наружной установки подвержены колебаниям темпера­туры и для борьбы с конденсацией влаги в них располагают патроны для предотвращения конденсации с адсорбентом — цеолитом NaX — это и есть та самая развернутая поверхность, на которой могут проте­кать быстрые процессы сорбции воды при резком снижении температу­

ры. В связи с этим, в материальном балансе воды [уравнение (4.23)], со­ставленном на условия заполнения элегазом и конечные условия, появ­ляется еще один член — количество воды на адсорбенте:




(4.25)

Определенную трудность вызывает интерпретация величины увлаж­нения изоляционных изделий в конце срока эксплуатации в связи с большим диапазоном температуры окружающей среды. Аппараты на­ружной установки могут попасть в условия от – 60 °С до + 60 °С. Диапа­зон среднесуточных значений температуры, конечно, меньше (от – 40 °С до +40 °С), но и он достаточно велик. Учитывая, что независимо от тем­пературы, исходя из формулировки норматива влажности для этого типа аппаратов, двадцатиградусный интервал между температурой конденса­ции влаги в аппарате и среднесуточной температурой должен выдержи­ваться, диапазон допустимой относительной влажности элегаза в аппарате лежит в следующих пределах: от 0,3 при среднесуточной тем­пературе + 40 °С (A₂₀ /A₄₀ = 17,3/54,54 = 0,317) до 0,07 — при температу­ре –50 °С. Но при этом адсорбционная емкость цеолита [уравнения (4.15) и (4.16)] увеличивается от 0,17 до 0,24 г/г за счет снижения температуры. Как крайний вариант, выбираем значение допустимой относительной влажности в аппарате наружной установки p/p_s = 0,1 (мы рассматриваем тем самым более тяжелые условия, принимая, что к концу срока экс­плуатации изолятор мог бы оказаться более сухим, т.е. влагу из газа должен будет поглотить абсорбент). Так, для среднесуточной температу­ры –30 °С (A_t = 0,281 г/м³) (а это значит, что текущая температура может достигать значения – 46 °С) абсолютная влажность в конце срока экс­плуатации должна соответствовать температуре конденсации –50 °С (A = = 0,0291 г/м³), а относительная влажность p/p_s = A/A_t = 0,0291/0,281 = = 0,104. Влагосодержание цеолита a_NaX, по изотерме адсорбции, [уравне­ние (4.16)] при – 30 °С и p/p_s = 0,104 составит 0,226 г/г. Так мы опреде­лили значения A, p/p_s и a_NaX. Исходное влагосодержание цеолита после прокалки и регламентированного контакта с атмосферным воздухом при установке патронов в аппарат не должно превышать 0,017 г/г (см. табл. 4.5). Перепад парциального давления на уплотнении этого ви­да аппарата равен 0,001 МПа (пп. 4.3.4). Тогда

16,2ж10–³V + 2В(g_к) + 25358,3N_н0,001(s/x) + qж0,017 =

= 0,0291V + 10ж0,8ж0,1(g_к) + qж0,226. (4.26)

Из уравнения видно, что для нивелировки влияния изоляционных материалов на окончательное перераспределение влаги необходимо вы­полнить условие

2В(g_к) = 10ж0,8ж0,1(g_к), (4.27)

из которого и вытекает требование о необходимости поддержания отно­сительной влажности в хранилище на уровне, не превышающем 40 %,

В = 10ж0,8ж0,1 /2 = 0,4.

С учетом этой нивелировки решение уравнения материального ба­ланса для аппаратов наружной установки

16,2ж10–³V + 25,36N_н(s/x) + qж0,017 = 0,0291V + qж0,226

позволяет определить массу цеолита, необходимую для размещения в аппарате с целью поглощения воды из элегаза при резком снижении температуры в течение всего срока службы. С учетом лимита на уплот­нения [уравнение (4.24)] при = 18—22 кг/м³

q g 14V, (4.28)

т.е. размещение 14 г прокаленного цеолита на каждый кубометр объема аппарата наружной установки вне зависимости от срока службы позво­ляет предотвратить конденсацию влаги в аппарате при любых колеба­ниях температуры* при условии выполнения лимита на уплотнения и ограничений на хранение изоляционных изделий. Еще раз отметим, сославшись на табл. 4.7, что до введения ограничения на хранение изо­ляционных изделий именно с изоляторами вносилось в аппарат наи­большее количество воды, и расчетное количество цеолита, необходи­мое для предотвращения конденсации увеличивалось на порядок.

Выключатель снабжен поглотителем, предназначенным для удале­ния продуктов разложения элегаза, которые образуются при актах ком­мутации. Одновременно цеолит поглотителя выполняет функции осу­шителя. Количество адсорбента намного превышает необходимое для предотвращения конденсации влаги при резком снижении температуры. Однако к концу эксплуатации часть цеолита окажется отработанной в результате необратимой адсорбции продуктов разложения элегаза,

и оставшаяся часть должна обеспечить поддержание норматива влажно­сти. В соответствии с нормативом влажности температура конденсации влаги в нем должна быть не выше –30 °С при температуре аппарата 20 °С. Эти условия принимаем для расчета адсорбции воды на цеолите в конце эксплуатации. При той низкой относительной влажности, кото­рую должен поддерживать в выключателе цеолит (от 1,6 % при 20 °С до 0,5 % при – 60 °С), изоляционные материалы могут оказаться практиче­ски сухими!

При определении количества цеолита, необходимого для поддержа­ния норматива влажности, следует исходить из уравнения материально­го баланса воды на момент введения оборудования в эксплуатацию и на условия в конце срока службы, определяемые нормативом,

(4.29)

где q — условная часть адсорбента для поглощения продуктов разложе­ния элегаза [уравнение (4.21)]; q  — условная часть адсорбента для ре­гулирования влажности; 0,2 и 0,8 — степень насыщения изоляторов в начале и в конце десятилетнего срока соответственно (см. пример 4.2 пп. 4.3.3) — принимаем это как худший вариант; 0,4 — относительная влажность хранилища; 0,005 — возможный нижний предел относитель­ной влажности элегаза в выключателе в конце эксплуатации при низкой температуре. Адсорбционная емкость цеолита по воде a_NaX при p/p_s = = 0,281 /17,3 = 0,0162 (отношение абсолютной влажности при –30 °С и при 20 °С) и 20 °С равна 0,1143 г/г [уравнение (4.16)], а исходная — после прокаливания и монтажа — = 0,017 г/г (табл. 4.5). При плот­ности элегаза 30 кг/м³, соблюдении лимита на уплотнения [уравнение (4.24)] и среднем перепаде парциального давления воды на уплотнении этого вида аппарата 0,0021 МПа получаем

0,49V + 0,8(g_к) + 25358,3N_н0,0021ж10–²V + (q+ q )0,017 =

= 0,281V + 0,04(g_к) + qж0,017 + q ж0,1143.

Откуда

q  = 56,9V + 7,8(g_к).

Если учесть, что, принимая во внимание только основные источники воды в аппарате, мы несколько занизили расчетное значение, а также с учетом уравнения (4.21), полная масса адсорбента, г, в выключателе (округленно)

q = q+ q  = 3,4I_кзn₁n₂ + 60V + 8(g_к). (4.30)

Размещение расчетной массы прокаленного цеолита в выключателе обеспечит поддержание качества элегаза в течение всего срока службы при условии соблюдения лимитов на уплотнения и ограничений на хра­нение изоляционных изделий.

Приведем пример расчета адсорбера для уточнения использованной размерности.

Пример 4.14. Рассчитать количество цеолита для выключателя 110 кВ.

Исходные данные:

коммутационная способность — 10 отключений тока 31,5 кА,

число разрывов — 1,

объем бака — 0,8 м³,

масса изоляционных материалов:

компаунд КФ-1 10 кг, = 0,42, (табл. 4.4)

лавсан-текстолит 50 кг, = 0,03,

фторопласт 2,2 кг, = 0,006.

Определяем по уравнению (4.30)

q = 3,4ж31,5ж10 + 60ж0,8 + 8ж(10ж0,42 + 50ж0,03 + 2,2ж0,006) =

= 1071 + 48 + 45,7 = 1165 г.

Округленно 1,2 кг.

Итак, обеспечение норматива «температура конденсации влаги» и, следовательно, предотвращение конденсации влаги в эксплуатации эле­газового оборудования достигается для аппаратов внутренней установ­ки способом хранения изоляционных изделий и технологией сборки, предохраняющими их от увлажнения, а для аппаратов наружной уста­новки и выключателей — дополнительным размещением расчетного ко­личества цеолита.

Как видим, вопрос обеспечения качества элегаза в электротехниче­ском оборудовании является прежде всего вопросом культуры проекти­рования и культуры производства. Поэтому первейшим вопросом при обеспечении качества элегаза является формулирование технических

требований на все стадии разработки высоковольтного электротехниче­ского элегазового оборудования:

на стадии конструирования — технические требования к конст­рукции;

на стадии изготовления — технические требования к органи­зации производства;

на стадии подготовки

к эксплуатации — технические требования к обслу­живанию при подготовке,

с тем чтобы в процессе эксплуатации элегазовое высоковольтное обору­дование не требовало никакого обслуживания в части обеспечения ка­чества элегаза.

При конструировании аппарата, кроме согласования геометрических размеров уплотнения с сортом резины в соответствии с лимитом на уп­лотнения, должны быть учтены особенности проектирования, размеще­ния и монтажа патронов с адсорбентом и поглотителей, геометрия рас­положения штуцеров для заполнения и отбора проб газа на анализ, воз­можность быстрой сборки узлов и сборочных единиц. Кроме ограниче­ний на время и условия хранения изоляторов, производственный про­цесс должен быть организован так, чтобы обеспечить быструю сборку изделий, защиту их от контакта с влагой атмосферного воздуха, подго­товку адсорбента и комплектацию им патронов и поглотителей при ми­нимальном времени его контакта с влагой атмосферного воздуха. Тре­бований не так много, они не сложны, но только их безоговорочное вы­полнение позволит получить оборудование, не требующее обслужива­ния в эксплуатации.

жүктеу/скачать 0.85 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: