Параметры электронных аппаратов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание 1

В чем заключаются особенности горения и гашения дуги переменного тока? Какие явления имеют место при прохождении тока через нуль?

Рассмотрим цепь, у которой . Пусть контакты аппарата разошлись в точке а (рис. 6).

Процесс отключения активной нагрузки переменного тока

Между ними загорается дуга. К концу полупериода из-за уменьшения тока и воздействия дутогасительного устройства наблюдается увеличение сопротивления дугового промежутка и подъем напряжения на дуге. При подходе тока к нулю к дуге подводится малая мощность, температура ее уменьшается, что с одной стороны, ведет к замедлению термической ионизации, с другой - способствует деионизации. Все это приводит к погасанию дуги. Напряжение, при котором дуга гаснет, называется напряжением или пиком гашения . Резкий подъем напряжения к концу полупериода ведет к тому, что ток в цепи обрывается до своего естественного прохождения через нуль.

После погасания дуги дуговой промежуток не превращается мгновенно в изоляционный, поскольку температура не снижается до нуля. В процессе гашения дуги число заряженных частиц в области дугового промежутка уменьшается; после гашения дуги сопротивление промежутка резко возрастает. При этом возрастает и электрическая прочность промежутка, т.е. такое напряжение, при котором происходит его электрический пробой.

После прохождения напряжения через нуль напряжение источника изменяет знак, и начинает расти по закону синусоиды.

Электрическая прочность промежутка начинает нарастать не с нуля, а со значения, соответствующего точке (начальная прочность промежутка). Начальная прочность и дальнейший рост прочности зависит от свойств ДУ: чем эффективней оно действует, тем больше начальная прочность, тем круче идет нарастание этой прочности.

В момент напряжение на промежутке пересекает кривую прочности b1. В этой точке дуга загорается вновь. Напряжение называется напряжением зажигания. В связи с тем, что ток в первой половине полуволны синусоидой возрастает, напряжение на дуге уменьшается. После прохождения током максимального значения напряжение на дуге начинает возрастать, поскольку ток уменьшается. Таким образом, кривая на дуге имеет седлообразную форму. При больших токах из-за сильной термической ионизации почти на протяжении всего полупериода горения дуги напряжение не изменяется. Только в начале и конце полупериода появляются пики зажигания и гашения.

В точке О дуга вновь гаснет и происходят процессы, аналогичные списанным раннее.

Как производится выбор разъединителей, отделителей и короткозамыкателей? Какие параметры при этом учитываются?

Требования, предъявляемые к разъединителям

К разъединителям предъявляются следующие требования:

Контактная система должна надежно пропускать номинальный ток сколь угодно длительное время. В особо тяжелых условиях работают разъединители наружных установок, подвергающиеся воздействию воды, пыли, льда. Контактная система должна иметь необходимую динамическую и термическую стойкость.

Разъединитель и механизм его привода должны надежно удерживаться во включенном положении при протекании тока КЗ. В отключенном положении подвижный контакт должен быть надежно фиксирован, так как самопроизвольное включение может привести к очень тяжелым авариям и человеческим жертвам.

В связи с особой ролью разъединителя как аппарата безопасности промежуток между разомкнутыми контактами должен иметь повышенную электрическую прочность.

Привод разъединителя целесообразно блокировать с выключателем. Операции с разъединителем должны быть возможны, только когда выключатель отключен.

Выбор, применение и эксплуатация разъединителей

1. Номинальное напряжение разъединителя должно соответствовать номинальному напряжению высоковольтной сети.

2. Наибольший длительный ток нагрузки потребителя не должен превышать номинальное значение длительного тока разъединителя.

3. Ударный ток КЗ в месте установки разъединителя не должен превышать допустимую амплитуду ударного тока КЗ разъединителя.

4. Ток термической стойкости I_т в течение времени t_T, гарантированный заводом-изготовителем, и ток КЗ I_КЗ, протекающий через разъединитель в течение времени t_KЗ, должны быть связаны соотношением

.

5. Внешние условия работы разъединителя должны соответствовать реальным условиям эксплуатации.

Выбор короткозамыкателей и отделителей

1. Номинальное напряжение короткозамыкателя должно соответствовать номинальному значению напряжения сети.

2. Динамическая и термическая стойкости короткозамыкателя должны соответствовать току КЗ в месте его установки.

3. Время включения короткозамыкателя должно соответствовать требованиям схемы автоматики.

4. Номинальные данные по току и напряжению отделителя выбираются так же, как и для разъединителя. Кроме того, время отключения должно соответствовать требованиям схемы автоматики.

Элегазовый короткозамыкатель U_НОМ = 110 кВ

Какова максимально допустимая температура медных и серебряных контактов? Чем опасно превышение этой температуры?

Контактные соединения шин. кабелей, электрических аппаратов являются их неотъемлемыми и весьма ответственными частями. Причинами многих аварий на подстанциях были неудовлетворительные состояния контактных соединений. Повреждались соединители на шинах, что приводило к обрыву или перегоранию спусков в местах присоединения к шинам. Проходным изоляторам и аппаратам. Повреждались контактные соединения подвижных частей и гибких связей разъединителей вследствие неплотного касания, загрязнения и окисления контактных поверхностей.

В месте плохого контакта является большое количество тепла, которое приводит к нагреву и даже расплавлению металла соприкасающихся поверхностей. Задача содержания контактов в хорошем состоянии осложняется тем, что с течением времени они изменяют свои свойства: под действием воздуха и влаги происходит химическое и физическое старение металла. Поэтому все, в том числе и хорошо выполненные контакты, требуют постоянного наблюдения и ухода.

По назначению контактные соединения разделяют на неразъемные, разъемные и подвижные. Подвижными контактами снабжаются коммутационные аппараты.

По исполнению контакты бывают сварными, прессуемыми, обжимными, переходными с алюминия на медь, а у коммутационных аппаратов контакты соприкасающихся друг с другом деталей образуются благодаря упругому нажатию пружин. Практика показала, что сварные, прессуемые и обжимные контакты более надежны в эксплуатации, чем болтовые и особенно одноболтовые. Надежность оценивается числом выявленных в процессе эксплуатации дефектных контактов.

Основными контактными материалами являются медь и ее сплавы (латунь, бронза). Вторым после меди проводниковым материалом считается алюминий. Алюминиевые контакты обладают тем недостатком, что уже при обработке контактные поверхности мгновенно окисляются. И получить хороший контакт без удаления оксидной пленки невозможно. Контактные поверхности из алюминия защищают меднением, лужением оловянисто-цинковым, серебрением и т.д. Надежные неразъемные контакты из алюминия выполняются сваркой. Серебрение значительно повышает электрические свойства контактов и защищает контактные поверхности от окисления при работе на воздухе.

Для защиты контактов масляных и воздушных выключателей от повреждения дугой к ним припаиваются тонкие металлокерамические накладки, изготовляемые из порошка тугоплавкого вольфрама (или рения) и хорошо проводящих металлов (серебра или меди). Под действием электрической дуги металлокерамические накладки не повреждаются, металл с их поверхности не разбрызгивается. Переходное сопротивление металлокерамических контактов обычно не ухудшается.

Качество любого контактного соединения помимо свойств металла, из которого выполнены контактные поверхности, зависит от способа обработки соединяемых поверхностей и силы, сжимающей их. Чистота обработка поверхностей влияет на значение переходного сопротивления главным образом в области малых нажатий. С увеличением нажатия чистота обработки сказывается меньше. Большие сжимающие силы (если они не превышают так называемых критических значений) обеспечивают более низкие переходные сопротивления. При условиях больше критических контактные поверхности искривляются, появляется текучесть металла шин, шайб, гаек и сопротивление контакта начинает возрастать. Чтобы не превысить критических значение сил, болты зажимов затягивают ключом с регулируемым моментом.

Показатели, характеризующие исправное состояние контактов. Электрический ток в цепи нагревает проводники и контакты. Количество тепла, выделяющееся в контактном соединении, пропорционально квадрату тока и значению переходного сопротивления. Чем больше выделяется тепла, тем выше температура контакта. При длительно прохождении номинального тока температура нагрева контактов не должна превышать значений, установленных ГОСТ 8024-69 для токоведущих частей электрических аппаратов. Допустимые температуры нагрева приведены в таблице 5.1. За расчетную температуру окружающего воздуха принято +35С. температура элемента аппарата складывается из температуры окружающей среды _о и превышения температуры , т.е. = _о + .

По конструкции контактные соединения выполняют таким образом, чтобы переходное сопротивление участка цепи, содержащей контакт, было меньше сопротивления участка целого провода такой же длины. Благодаря этому при хорошем контактном соединении температура его нагрева _к всегда меньше температуры целого проводника _п. Отношением этих величин можно характеризовать дефектность контакта К_деф = _к / _п. Температуры следует измерять в период максимальных нагрузок.

В эксплуатации дефектность контактных соединений определяют на основе измерения падения напряжения на участке цепи, содержащем контактное соединение. При прохождении по контакту рабочего тока или измерения переходного сопротивления контакта. В первом случае измерения производят под рабочим напряжением измерительной штангой с укрепленным на ней милливольтметром. Измеряют падение напряжения U_к на участке, содержащем контактное соединение, и падение напряжения U_п на участке такой же длины целого провода. Во втором случае сопротивления контакта R_к и провода R_п измеряют на отключенном и заземленном участке цепи при помощи микроомметра.

Дефектность контактного соединения устанавливается следующими отношениями: К_деф = U_к / U_п и К_деф = R_к / R_п. Если состояние контакта хорошее, то коэффициент дефектности К_деф, К_деф, К_деф <1. При коэффициенте дефектности больше единицы контакт считается дефектным и подлежит замене или ремонту.

Состояние контактных соединений коммутационных аппаратов оценивается абсолютными значениями их сопротивлений, которые не должны превышать нормируемых величин.

Задание 2

Определить необходимое контактное нажатие медных контактов при длительном токе I_Н, токе короткого замыкания I_КЗ и напряжении 10 кВ. Теплопроводность меди л = 3,9?10^-2 Вт/(м·°С),

число Лоренца В = 2,42·10^-8 (В/°C)²,

число твёрдости по Виккерсу HV =37?10⁷ Па [3];

удельный коэффициент теплоотдачи k_Т = 12 Вт/(м²·°С),

допустимая температура в номинальном режиме и_Т = 70°С,

температурный коэффициент сопротивления меди б = 0,004°С^-1.

Тип контакта - пальцевый, несамоустанавливающийся.

Контакты образованы двумя торцами медных цилиндров с диаметром d=0,03 м. Определить контактное нажатие при длительном токе 1000 А и токе КЗ 30 кА и напряжении 10 кВ. Температура окружающей среды и₀=40°С. Необходимое контактное нажатие Н, если исходить из длительного режима работы, по (3.10)

,

гдеI_Н= 1500 А; теплопроводность меди л = 3,9?10^-2 Вт/(м·°С), число Лоренца

В = 2,42·10^-8 (В/°C)², число твёрдости по Виккерсу HV =37?10⁷ Па [3]; удельный коэффициент теплоотдачи k_Т = 12 Вт/(м²·°С) (табл. 2.1) [1], допустимая температура в номинальном режиме и_т = 70°С, температурный коэффициент сопротивления меди б = 0,004°С^-1. Тип контакта - пальцевый, несамоустанавливающийся.

Температура тела контакта

Т₀ = и₀+ 273 + ;

;

p = р?d= р?0,03 = 8,48•10^-2м

Т₀ =45+ 273 + ;

Т_К - Т₀ = 5 - 10 К;

Необходимое контактное нажатие с учетом тока КЗ:

;

Торцевой контакт, образуемый касанием торцов двух стержней, может рассматриваться как пальцевый несамоустанавливающийся контакт. Согласно табл. 3.2 k₂ = 1300, следовательно,

;

Таким образом, данная система при контактном нажатии 1579<2393 Н неустойчива при КЗ. Если по конструктивным соображениям контактное нажатие нельзя увеличить до 2393 Н, то надо либо переходить на розеточную или многопальцевую контактную систему, либо заменить медь на металлокерамику. Так, при использовании металлокерамики КМК-Б21 усилие 510 Н достаточно при ударном токе 63,6 кА.

Задание 3

дуга переменный ток разъединитель

Определить необходимое контактное нажатие (давление) серебряных (медных) одноточечных контактов реле. Длительный ток I_Н, ток короткого замыкания I_КЗ.

Длительный ток 2 А. Ток КЗ 150 А

Для надежной работы контактов необходимо:

I_номR_К 0,5U_К1

Для серебра при

U_К1 =0,12 В,

U_{К ДОП} =0,045 В;

R_К=0,045/10=0,0045 Ом.

Для одноточечного контакта при R_K=k₁/^1/2

k₁= 0,006

Р= (k₁/ R_K)=(0,006/0,045)= 1,68 Н.

Для ориентировочного расчета можно принять, что условия неприваривания для серебряных контактов такие, же, как и для медных, так как физические параметры материалов достаточно близки:

I_уд=255 A; k₂= 1300

Р = 255²/(169?10⁴) = 0,0378 Н.

Поскольку контактное нажатие по номинальному току Р_ном=1,68 Н больше контактного нажатия, определяемого по току КЗ Р_к= 0,0378 Н, то выбираем нажатие Р_ном=1,68 Н.

Список используемой литературы

1. Чунихин А.А. Электрические аппараты. - М.: Альянс, 2013. - 720 с.

2. Залесский А.М., Кукеков Г.А. Тепловые расчеты электрических аппаратов. Л.: Энергия, 1967. 378 с.

3. Чунихин А.А., Жаворонков М.А. Аппараты высокого напряжения. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 432 с.

4. Родштейн Л.А. Электрические аппараты - Л.: Энергоиздат, 1981.

5. Таев И.О. Электрические аппараты управления. - М.: Высш. школа, 1984.

6. Электрические и электронные аппараты /Под ред. Ю.К. Розанова. - М.: Энергоатомиздат, 1998.

7. Основы теории электрических аппаратов. /Под ред. И.С. Таева. М.: Высш. школа, 1987.

8. Таев И.О. Электрические контакты и дугогасительные устройства аппаратов низкого напряжения. - М.: Энергия, 1972.

9. Могилевский Г.В. Гибридные электрические аппараты низкого напряжения. - М.: Энергоатомиздат, I986.

10. Электрические аппараты высокого напряжения. /Под ред. Г.Н. Александрова. - Л.: Энергоатомиздат, 1989.

Размещено на Allbest.ru