一种电容式高温固体电储热装置穿墙套管及设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112038015A(43)申请公布日2020.12.04(21)申请号202010903900.2(22)申请日2020.09.01(71)申请人沈阳工业大学地址110870辽宁省沈阳市铁西区经济技术开发区沈辽西路111号(72)发明人邢作霞付启彤陈雷姜立兵许增金(74)专利代理机构沈阳智龙专利事务所(普通合伙)21115代理人宋铁军(51)Int.Cl.H01B17/28(2006.01)G06F30/17(2020.01)G06F113/14(2020.01)G06F119/08(2020.01)权利要求书3页说明书8页附图3页(54)发明名称一种电容式高温固体电储热装置穿墙套管及设计方法(57)摘要本发明公开了一种电容式高温固体电储热装置穿墙套管，穿墙套管内设有绝缘隔热层，绝缘隔热层内设有导电杆和电容芯子，且电容芯子包裹在导电杆外，绝缘隔热层与电容芯子和导电杆间填充有浸渍绝缘介质，穿墙套管与导电杆间设有阻热环。绝缘隔热层包括石英外层和陶瓷内层，且石英外层和陶瓷内层间设有真空腔，真空腔内间隔设置有垫块。浸渍绝缘介质为六氟化硫气体和环氧树脂。通过对其设计原理进行研究，并分析高温固体电储热装置穿墙套管的高温绝缘特性，设计一种电压等级易于提高的高温固体电储热装置穿墙套管，建立了一套完整的高温绝缘设计标准和计算方法，可以有效的避免在设计中出现绝缘过裕设计和材料浪费的问题。CN112038015ACN112038015A权利要求书1/3页1.一种电容式高温固体电储热装置穿墙套管，其特征在于：所述穿墙套管(1)内设有绝缘隔热层，所述绝缘隔热层内设有导电杆(4)和电容芯子(2)，且电容芯子(2)包裹在导电杆(4)外，所述绝缘隔热层与电容芯子(2)和导电杆(4)间填充有浸渍绝缘介质(3)；所述穿墙套管(1)与导电杆(4)间设有阻热环(5)。2.根据权利要求1所述的电容式高温固体电储热装置穿墙套管，其特征在于：所述绝缘隔热层包括石英外层(6)和陶瓷内层(7)，且石英外层(6)和陶瓷内层(7)间设有真空腔(8)，所述真空腔(8)内间隔设置有垫块(9)。3.根据权利要求1所述的电容式高温固体电储热装置穿墙套管，其特征在于：所述浸渍绝缘介质(3)为六氟化硫气体和环氧树脂。4.一种如权利要求1-3任意一项所述的电容式高温固体电储热装置穿墙套管的设计方法，其特征在于：该方法包括绝缘设计和隔热设计两部分：绝缘设计部分，包括以下步骤：(一)、对穿墙套管进行绝缘计算，求得电容芯子的尺寸，主要计算尺寸内容为：绝缘层个数n、炉内外台阶长度λ1和λ2、各层极板长度lx和各层极板半径rx，具体计算步骤如下：a、为了提高穿墙套管的局部放电性能，选取电容式套管的最小绝缘厚度dmin，并根据工作电压下，最大电场强度Erm不高于有害局部放电电压的原则，求得局部放电起始场强Ek，从而计算出绝缘层数n，加入场强安全裕度k2，抵消高温对电场强度值的影响；b、根据干闪络电压下，电容芯子的炉内部分和炉外部分沿轴向的电场强度E1、E2不得高于闪络电压的原则，通过实测数据选择E2，并依此确定炉内外极板台阶长度λ2，选择炉内外台阶长度比k3，抵消高温对电场分布的影响；c、选择合适的长度比值ξl，并根据“等电容，等台阶”的电容芯子各绝缘层的电容量相同原理计算出各层极板的长度lx和半径rx；(二)、依据其绝缘设计原则，设定绝缘性能评价指标，包括电场分布均匀度、局部放电安全裕度、闪络安全裕度和外绝缘安全裕度，具体情况如下：a、根据穿墙套管直径越大，法兰附近场强就越小，端盖附近场强就越大的特点，可以采用穿墙套管表面电场分布曲线U(l)与理想曲线G(l)的离散程度来表示电场分布理想程度，离散度越小，表示电场分布越理想；b、根据在工作电压下，穿墙套管不能发生局部放电的要求，以及在电容式套管中，电容芯子极板的边缘最容易发生局部放电的特点，选择用电容芯子极板边缘电场强度来判断是否发生局部放电，并以最大电场强度Erm与极板边缘场强的比值为局部放电安全裕度；c、根据在干试闪络电压下，电容芯子极板的轴向电场强度应小于闪络发生场强的原则，以轴向闪络场强Es和极板轴向场强的比值为闪络安全裕度；d、由于高温固体电储热装置穿墙套管的外绝缘主要为空气绝缘，套管表面电场强度值应小于空气的击穿电压，因此以空气击穿电压与套管表面电场强度的比值为外绝缘安全裕度；隔热设计部分，包括以下步骤：(一)、对高温固体电储热装置穿墙套管进行径向隔热计算，得到炉内套管RC热网络模型，并通过仿真来判断真空层的厚度是否合理；计算内容主要包括：外绝缘内径re；外绝缘的各层套管厚度dex；真空层各层厚度dvx；套管径向热阻Rr和热容C；具体步骤如下：2CN1120380