Элегазовый выключатель ВГТ-110II-40/2500У1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Технические характеристики и область применения элегазовых выключателей

1.1 Общие сведения

1.2 Технические данные

1.3 Преимущества и недостатки

2. Конструкция и характеристики основных узлов электрических аппаратов

2.1 Устройство и работа выключателя

2.2 Устройство и работа составных частей выключателя

3. Расчет электрической изоляции

3.1 Определение формы изоляционных промежутков

3.2 Расчет промежутков, подвергающихся грозовым импульсам

3.3 Расчет промежутков, подвергающихся коммутационных импульсам

3.4 Расчет промежутков внутренней изоляции, выбор длины и проверка изоляционных промежутков

4. Расчет токоведущего контура

4.1 Расчет токовых характеристик

4.2 Расчет нагрева токоведущих элементов в элегазе

5. Расчет контактной системы

5.1 Расчет контактного нажатия

5.2 Расчет контактов по динамической стойкости

5.3 Расчет термической стойкости контактной площадки

5.4 Расчет переходного сопротивления контактов

5.5 Расчет сваривания тока

5.6 Расчет переходного сопротивления в роликовом токосъемнике медь-медь

6. Кинематический расчет

7. Расчет распределения температуры по токоведущим элементам

8. Расчет газодинамических характеристик

9. Особенности дугогашения элегазовых выключателей

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Выключатели предназначены для коммутации электрических цепей при нормальных и аварийных режимах, а также для работы в циклах АПВ в сетях трехфазного переменного тока частоты 50 Гц с номинальным напряжением 110 и 220 кВ. Выключатели изготовлены в климатическом исполнении У и ХЛ*, категории размещения 1 ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 15543.1. Они предназначены для эксплуатации в открытых и закрытых распределительных устройствах в районах с умеренным и холодным климатом (минус 55°С) при следующих условиях.

Коммутация цепи, осуществляемая при переключении ВК из одного положения в другое, производится не регулярно, время от времени, а выполнение специфических требований по включению цепи при имеющемся в ней короткого замыкания (КЗ) либо по отключению КЗ вообще крайне редко.

Выключатели должны надёжно выполнять свои функции, находясь в любом из указанных положений, и одновременно быть всегда готовыми к мгновенному выполнению любых коммутационных операций, часто после длительного пребывания в неподвижном состоянии. Наиболее тяжёлым режимом для ВК является режим отключения тока КЗ.

В связи с тем, что российская промышленность поставляет высоковольтные электрические аппараты для районов с различными климатическими условиями, объединение сетей и создание единой энергетической системы связано с повышением технических параметров и ужесточением требований, предъявляемых к электрическим аппаратам высокого напряжения. Эти задачи становятся трудноразрешимыми при использовании традиционных методов гашения дуги, изоляционных и дугогасительных сред. Широко применяемые в настоящее время масляные и воздушные ВК имеют и свои преимущества, и свои недостатки. Они объясняются свойствами сред, используемых в этих аппаратах для изоляции и гашения дуги.

В настоящее время выключатели с элегазовыми дугогасящими устройствами начинают все больше вытеснять масляные, электромагнитные и воздушные выключатели. Дело в том, что ДУ элегазовые не требуют ремонта по крайней мере в течение 20 лет, в то время как в масляных выключателях масло при отключениях загрязняется частицами свободного углерода и, кроме того, изоляционные свойства масла снижаются из-за попадания в него влаги и воздуха. Это приводит к необходимости смены масла не реже 1 раза в 4 года. Дугогасящие устройства электромагнитных выключателей примерно в эти же сроки требуют очистки от копоти, пыли и влаги; ДУ элегазовых выключателей заключены в герметичные оболочки, и их внутренняя изоляция не подвергается воздействию внешней среды. Электрическая дуга при отключениях в элегазе также практически не снижает свойств дугогасящей и изолирующей среды.

Современные выключатели должны обладать коммутационными и механическими ресурсами, обеспечивающими межремонтный период в эксплуатации 15--20 лет. Эти условия трудно выполнимы при традиционных методах гашения дуги в масле или воздухе. Возможности дальнейшего существенного совершенствования выключателей с традиционными способами гашения дуги практически исчерпаны. Однако выпуск этих выключателей пока будет продолжаться из-за того, что технология их изготовления проста и цена их ниже вновь осваиваемых воздушных и элегазовых выключателей.

1. Технические характеристики и область применения элегазовых выключателей

1.1 Общие сведения

Выключатели серии ВГТ предназначены для коммутации электрических цепей при нормальных и аварийных режимах, а также работы в циклах АПВ в сетях трехфазного переменного тока частоты 50 Гц с номинальным напряжением 110 и 220 кВ.

Классификация

Выключатели классифицируются по номинальному напряжению.

Структура условного обозначения выключателя ВГТ-[*]II*-40/2500У1:

ВГ - выключатель элегазовый;

Т - условное обозначение конструктивного исполнения;

[*] - номинальное напряжение, кВ (110 или 220);

II* - категория по длине пути утечки по внешней изоляции в соответствии с ГОСТ 9920-89;

40 - номинальный ток отключения, кА;

2500 - номинальный ток, А;

У1 - климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 15543.1-89.



Рисунок 1- Общий вид выключателя элегазового ВГТ

1.2 Технические данные

Наименование параметра	Норма для исполнений
	ВГТ-110II*-40/2500У1
1	2
1. Номинальное напряжение, кВ	110
2. Наибольшее рабочее напряжение, кВ	126
3. Номинальный ток, А	2500
4. Номинальный ток отключения, кА	40
5. Номинальное относительное содеpжание апе- риодической составляющей, %, не более	40
6. Параметры сквозного тока коpоткого замыка-ния, кА наибольший пик начальное действующее значение пеpиоди-ческой составляющей ток теpмической стойкости вpемя пpотекания тока теpмической стойкости, с	102 40 40 3
7. Параметры тока включения, кА наибольший пик начальное действующее значение периодической составляющей	102 40
8. Емкостный ток ненагруженных линий, отключаемый без повторных пробоев, А 9. Емкостный ток одиночной конденсаторной батаpеи с глухозаземленной нейтpалью, отключаемый без повтоpных пpобоев, А	31,5 0-300
10. Индуктивный ток шунтирующего реактора, А	500
11. Собственное время отключения, с	0,035-0,005
12. Полное время отключения, с	0,055-0,005
13. Минимальная бестоковая пауза при АПВ, с	0,3
14. Собственное время включения, с, не более	0,1
15. Разновpеменность pаботы разных полюсов (дугогасительных устройств) при отключении и включении, с, не более	0,002
16. Расход элегаза на утечки в год, % от массы элегаза, не более	1,0
17. Избыточное давление элегаза, приведенное к плюс 20о С, МПа (кгс/см2): давление заполнения (номинальное) давление предупредительной сигнализации давление блокировки-запрета опеpиpования	0,4 (4) 0,34 (3,4) 0,32 (3,2)
18. Масса выключателя (с приводом), кг	5268
19. Масса элегаза, кг	1650

1.3 Преимущества и недостатки

Преимущества:

- Высокая надежность работы;

- Взрыво- и пожаробезопасность;

- Быстродействие и пригодность для работы в любом цикле АПВ;

- Быстрый монтаж и ввод в эксплуатацию;

- Возможность осуществления синхронного размыкания контактов непосредственно перед переходом тока через нуль;

- Высокая отключающая способность при особо тяжёлых условиях отключения (отключение неудалённых коротких замыканий и др.);

- Надёжное отключение ёмкостных токов холостых линий;

- Высокая коррозийная стойкость покрытий, применяемых для стальных конструкций выключателя;

- Малый износ дугогасительных контактов;

- Лёгкий доступ к дугогасителям и простота их ревизии;

- Относительно малый вес (с баковыми масляными выключателями).

Недостатки:

- Необходимость в наличии устройств для наполнения, перекачивания и очистки шестифтористой серы (SF6);

- Относительная сложность конструкции ряда деталей и узлов, а также необходимость применения высоконадёжных уплотнений.

2. Конструкция и характеристики основных узлов электрических аппаратов

2.1 Устройство и работа выключателя

Выключатели серии ВГТ относятся к электрическим коммутационным аппаратам высокого напряжения, в которых гасящей и изолирующей средой является элегаз (SF6).

Выключатель ВГТ-110II* состоит из трех полюсов (колонн), установленных на общей раме и механически связанных друг с другом.

Все три полюса выключателя управляются одним пружинным приводом типа ППрК-1800С.

Общий вид выключателя приведен на листе 1.

Принцип работы выключателей основан на гашении электрической дуги потоком элегаза, который создается за счет перепада давления, обеспечиваемого автогенерацией, т.е. тепловой энергии дуги, а также поршневым устройством.

Включение выключателя осуществляется за счет энергии включающих пружин привода, а отключение - за счет энергии пружины отключающего устройства выключателя.

Выключатели выполняют следующие операции и циклы:

а) отключение (О);

б) включение (В);

в) включение-отключение (ВО), в том числе - без преднамеренной выдержки времени между операциями В и О;

г) отключение-включение (ОВ) при любой бесконтактной паузе, начиная от tбк, соответствующей tбт, где tбк - бесконтактная пауза, tбт - нормированная бестоковая пауза при АПВ;

д) отключение-включение-отключение (ОВО) с интервалами времени между операциями согласно подпунктов в) и г);

е) коммутационные циклы:

О - 0,3с - ВО - 180с - ВО

О - 0,3с - ВО - 20с - ВО

О - 180с - ВО - 180с - ВО

После выполнения одного из указанных циклов последующее оперативное включение выключателя должно производиться не ранее, чем через 15 минут.

Допустимое для каждого полюса выключателя без осмотра и ремонта дугогасительных устройств число операций отключения (ресурс по коммутационной стойкости) составляет:

при токах в диапазоне свыше 60 до 100 % номинального тока отключения - 20 операций;

при токах в диапазоне свыше 30 до 60 % номинального тока отключения - 50 операций;

при рабочих токах, равных номинальному току, - 5000 операций.

Допустимое число операций включения для токов короткого замыкания дополнительно должно составлять не более 50 % от допустимого числа операций отключения, допустимое число операций включения для нагрузочных токов равно допустимому числу операций отключения.

Выключатели имеют следующие показатели надежности и долговечности:

ресурс по механической стойкости до капитального ремонта - 10000 циклов "включение-произвольная пауза-отключение" (В - tп - О);

срок службы до первого ремонта - 20 лет, если до этого срока не исчерпаны ресурсы по механической или коммутационной стойкости;

срок службы - не менее 40 лет.

2.2 Устройство и работа составных частей выключателя

конструкция дугогашение элегазовый выключатель

1. Рама 7 выключателя ВГТ-110II* представляет собой сварную конструкцию, на которой установлены привод 1, отключающее устройство 4, колонны 2 и электроконтактные сигнализаторы давления .

В полости одного из опорных швеллеров рамы, закрытой крышками, размещены последовательно соединенные тяги, связывающие рычаг привода с рычагами полюсов (колонн). В крышке выполнено смотровое окно указателя положения выключателя.

Рама имеет четыре отверстия диаметром 36 мм для крепления к фундаментным стойкам и снабжена специальным болтом для присоединения заземляющей шины.

2. Отключающее устройство установлено на противоположном от привода торце рамы и состоит из отключающей пружины, сжимаемой при включении выключателя тягой, соединенной с наружным рычагом крайней колонны. Пружина расположена в цилиндрическом корпусе, на наружном фланце которого находится буферное устройство, предназначенное для гашения кинетической энергии подвижных частей и служащее упором (ограничителем хода) при динамическом включении выключателя. Буферное устройство состоит из пакета тарельчатых пружин, установленных на неподвижном стакане. В стакан встроена направляющая втулка тяги. На трубчатую часть стакана установлен упорный стакан, на который воздействует в конце хода на включение закрепленная на резьбовом конце тяги упорная пластина.

Натяг пружины регулируется гайками, положение упорной пластины (момент встречи с упорным стаканом) регулируется гайкой.

3. Полюс выключателя ВГТ-110II* представляет собой колонну, заполненную элегазом и состоящую из опорного изолятора, дугогасительного устройства с токовыми выводами, механизма управления 1 c изоляционной тягой.

4. Дугогасительное устройство (лист 2) содержит размыкаемые главные и снабженные металлокерамическими напайками дугогасительные контакты; поршневое устройство для создания давления в его внутренней полости, ограниченной перегородкой поршнем, гильзой, трубой подвижного контакта и фторопластовыми соплами, в которых потоки элегаза приобретают направление, необходимое для эффективного гашения дуги.

Надпоршневая полость высокого давления и подпоршневая полость снабжены системой клапанов, позволяющих обеспечить эффективное дутье в зоне горения дуги во всех коммутационных режимах.

В верхней части дугогасительного устройства расположен контейнер , наполненный активированным адсорбентом, поглощающим из газовой полости влагу и продукты разложения элегаза.

Во включенном положении главные и дугогасительные контакты замкнуты. При отключении сначала размыкаются практически без дугового эффекта главные контакты при замкнутых дугогасительных, а затем размыкаются дугогасительные. Скользящий контакт между гильзой поршневого устройства и трубой подвижного контакта осуществляется уложенными в ее углубления контактными элементами, имеющими форму замкнутых проволочных спиралей.

При отключении больших токов к.з. и возникновении высокого давления внутри надпоршневой полости за счет теплового расширения элегаза клапан закрывается, отделяя надпоршневую полость от подпоршневой , при этом гашение осуществляется за счет накопленного высокого давления, которое не препятствует движению подвижных частей в отключенное положение. При высокой компрессии в подпоршневой полости открывается разгрузочный клапан, исключающий торможение и существенное снижение скорости подвижных частей. Клапан, закрытый в процессе отключения при высоком давлении в подпоршневой полости, открывается при включении, впуская свежую порцию холодного газа, используемую для последующей операции отключения.

При отключении малых токов газ из подпоршневой полости через открытый клапан и надпоршневую полость подается в межконтактный промежуток и осуществляет гашение дуги.

5. Механизм управления колонны размещен в корпусе и опорном изоляторе и состоит из шлицевого вала с наружным рычагом и внутренним рычагом. Шлицевой вал установлен в подшипниках и уплотняется резиновыми манжетами. Внутренний рычаг через нерегулируемую изоляционную тягу соединен со штоком подвижного контакта. В корпус механизма встроен клапан автономной герметизации, через который с помощью трубки подсоединяется сигнализатор давления, установленный на раме 7 выключателя.

6. Клапан автономной герметизации состоит из корпуса и подпружиненного клапана, узла подсоединения трубки сигнализатора и заглушки, устанавливаемой на время транспортирования и после заполнения элегазом при вводе в работу, для обеспечения надежной герметизации внутренней полости колонны. При вывернутой до метки на резьбовой части корпуса заглушке полость колонны отделяется от полости, сообщающейся с трубкой сигнализатора. При этом сигнализатор может быть снят для ревизии или замены.

7. Электроконтактный сигнализатор давления показывающего типа снабжен устройством температурной компенсации, приводящим показания давления к температуре 200 С, и двумя парами нормально замкнутых контактов. Первая пара контактов размыкается при снижении давления до 0,34 МПа, подавая сигнал о необходимости пополнения полюса, вторая пара размыкается при давлении 0,32 МПа для блокировки подачи команды на электромагниты управления.

Для исключения ложных сигналов при возможном срабатывании контактов от вибрации при включении и отключении выключателя, а также ввиду их малой мощности, в цепи контактов должно быть включено промежуточное реле времени (например, РП-256 или РП-18) с выдержкой времени от 0,8 до 1,2 с.

Сигнализатор закрывается специальным кожухом, предохраняющим его от прямого попадания осадков и солнечных лучей.

Технические характеристики и устройство сигнализатора, а также правила эксплуатации отражены в заводской инструкции, входящей в комплект поставки выключателя.

3. Расчет электрической изоляции

3.1 Определение формы изоляционных промежутков

Выбор основных, подлежащих расчету изоляционных промежутков.

Расчету подлежат:

- промежутки между токоведущими и заземленными частями;

- промежутки между частями одного и того же полюса, имеющие различные потенциалы при размыкании контактов;

- между токоведущими частями соседних полюсов, находящиеся под напряжением.

Определение исходных расчетных значений разрядных напряжений для каждого промежутка в соответствии с ГОСТ 1516.3-96.

Определение минимальных размеров основных изоляционных промежутков в различных изоляционных средах в зависимости от разрядного напряжения.

Проверка промежутков по импульсному, влагоразрядному напряжению и по длине пути утечки.



Рисунок 2 - Схема изоляционных промежутков

l1 - кратчайшее расстояние от фазы до заземленных частей выключателя (игла-плоскость, среда: атмосферный воздух);

l2 - кратчайшее расстояние между контактами двух фаз (игла-игла, среда: атмосферный воздух);

l3 - изоляционная тяга (игла-плоскость, среда: атмосферный воздух);

l4 - промежуток от основания выключателя до земли (игла-плоскость, среда: атмосферный воздух);

l5 - промежуток между контактами (игла-игла, среда: элегаз)

Для расчета изоляции, согласно заданию на проектирование, используем следующие номинальные данные:

Номинальное напряжение Un, кВ	110
Полный грозовой импульс, Uгроз, кВ	480
Напряжение кратковременное промышленной частоты, Uкр, кВ	Внутренняя изоляция	Uви, кВ	230
	Внешняя изоляция	Uсух, кВ	295
		Uдож, кВ	215

При напряжении частоты 50 Гц длина изоляционного промежутка l (в сантиметрах) определяется по соответствующему значению Uрасч (действующее, кВ) согласно следующим эмпирическим формулам:

Uрасчгроз=1,075? UгрозПо [1, с.88, ф. 3-3]

Uрасчгроз=1,075?480=516 кВ

Uрасчсух=1,075? Uсух

Uрасчсух=1,075?295=317 к В

Uрасчдож=1,075? Uдож

Uрасчдож=1,075?215=231 к В

Uрасчви=1,075? Uдож

Uрасчви=1,075?231=247 к В

3.2 Расчет промежутков, подвергающихся грозовым импульсам

При полных грозовых импульсах положительной и отрицательной полярности полного импульса 1,5/40 мкс частоты 50 Гц длина изоляционного промежутка l, см определяется по расчетному разрядному напряжению Uрасчгроз.

Расчет ведется по [1, стр. 123-124,ф.3-24, 3-25, 3-27, 3-28]

Положительная полярность.

3.3 Расчет промежутков, подвергающихся коммутационных импульсам

Определение длины воздушного промежутка по импульсам коммутационных перенапряжений производится для аппаратов на номинальные напряжения 330 кВ и выше, т.к. значение испытательных напряжений при коммутационных импульсах выше испытательных напряжений промышленной частоты, электрическая прочность воздушных промежутков при воздействии коммутационных импульсов приближается к электрической прочности промежутков, подвергаемых воздействию разрядного напряжения промышленной частоты.

3.4 Расчет промежутков внутренней изоляции, выбор длины и проверка изоляционных промежутков

Для расчета внутренней изоляции сначала определим давление газа по [1, стр. 138, табл. 3-26]

с - давление газа. Па

И=260

По формуле [1,стр. 139, ф. 3-52]:

Выбор длины изоляционного промежутка

Изоляционные промежутки	l1	l2	l3	l4	l5
Расчетное значение, см.	93	81	93	93	3
Конструктивное значение, см.	131	140	131	131	5

Проверка изоляционных промежутков.

Евр= 2,15 кВ/см;

Uвр= Евр?l3=2,15?131=282 кВ Uвр> Uвргост

ГОСТ 1516.3-96 Uвр> Uвргост

Конструктивные величины изоляционных промежутков больше, чем рассчитанные величины, т.к. в реальной конструкции изоляционные промежутки взяты с небольшим запасом.

Проверка по импульсному напряжению.

По импульсному напряжению проверяются все промежутки и внешней и внутренней изоляции.

Определим 50% разрядное напряжение при полном грозовом импульсе.

При условие выполняется.

Проверка по длине пути утечки.

По длине пути проверяем промежутки l1=l3.

Unr=126 кВ

lyt=280 см

Unr-наибольшее рабочее напряжение, кВ

lyt-длина пути утечки, см

lydgost=1,5 см/кВ для категории исполнения А.

условие выполняется.

4. Расчет токоведущего контура

Расчет токоведущего контура сводится к расчету основных токовых характеристик, проверке токоведущих элементов по току термической стойкости, определению размеров поперечного сечения токоведущей трубы и расчет распределения температуры по токоведущим элементам.

4.1 Расчет токовых характеристик

В качестве исходных параметров для расчета токовых характеристик ВГТ-110-40/2500 взяты номинальный ток выключателя Iном=2500 А и номинальный ток отключения Iном. о=40 кА. Расчету подлежит:

1. Ток отключения

Допустимое значение апериодической составляющей в токе, %, характеризуется коэффициентом вном, который определяется по ГОСТ 687-78, вном=0,47 то ток отключения

2. Эффективное значение тока короткого замыкания за один период промышленной частоты.

3. Ударный ток - наибольшее значение тока короткого замыкания

4. Ток термической стойкости

Iтс=Iном.о tс=1 или 3 сек для напряжения ? 220кв

, когда tтс<tкз, то Iтс=Iном.о

5. Ток электродинамической стойкости

По ГОСТ 687-78 для высоковольтных выключателей между током электродинамической стойкости Iдин и током Iном.о обязательно соотношение:

По [1,с.15, ф.1-1]

6. Ток включения

Для наибольшего гарантированного изготовителем значения тока короткого замыкания, которое выключатель может включить без повреждений обязательно соотношение: Iвкл>2,55?Iном.о Iвкл>102 кА

4.2 Расчет нагрева токоведущих элементов в элегазе

По допустимому нагреву токоведущих элементов определяем минимальное сечение токоведущей системы на каждом участке по следующим формулам:

где kT - коэффициент, учитывающий все виды теплоотдачи, Вт/(м2• ?С);

SП - периметр внешней оболочки, м;

нМ - допустимая температура нагрева токоведущего элемента, ?С;

н0 - температура окружающей среды, ?С;

R Т - тепловое сопротивление токоведущего элемента, Ом;

с - удельное электрическое сопротивление при допустимой температуре, Ом•м.

kT =18 Вт/(м2• ?С) - для фарфора

- где 380 - наружний диаметр фарфоровой изоляции (чертеж)

По [3, стр. 143,формула 4-13]

где - r1, r2, r3 - радиусы прослоек по рисунку - величины переменные в зависимости от теплового участка, м;

лЭ - коэффициент теплоотдачи элегаза, Вт/(м К);

лФ - коэффициент теплоотдачи фарфора, Вт/(м К);

лФ =1,25 Вт/(м К)

Для определения лЭ воспользуемся формулами:

По [3, стр. 144,формула 4-14а]

где - D=(r2-r1) - толщина прослойки элегаза в зависимости от теплового участка, м;

в - коэффициент объемного расширения, 1/К;

Ср - теплоемкость при постоянном давлении, Дж/(кг К);

г - плотность элегаза, кг/м3;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

л - коэффициент теплопроводности элегаза, Вт/(м К);

ф - превышение температуры токоведущего элемента над температурой элегаза, К;

Gr Pr - произведение критериев Грасгофа и Прандтля.

Определение температура элегаза

ф=120-80=40 ?С

л = 0,01755 Вт/(м К) - для элегаза По [3, стр. 138,табл. 4-2]

г = 6,4 кг/м3 - для элегаза По [3, стр. 138,табл. 4-2]

Ср=759,5 Дж/(кг К) - для элегаза По [3, стр. 138,табл. 4-2]

н = 27,27•10-7 м2/с - для элегаза По [3, стр. 138,табл. 4-2]

лЭ = л?ек

ек= f(Gr • Pr)

- критериальное уравнение М. А. Михеева [6, стр. 64, ф. 2.7]

ек= 0,105•(Gr • Pr)0,3 при 103 <GrPr<106 По [6, стр. 64, ф. 2.8]

ек= 0,4•(Gr • Pr)0,2 при 106 <GrPr<1010 По [6, стр. 64, ф. 2.9]

Результаты расчетов оформим в таблицу:

№ уч	r1, м	r2, м	r3, м	D	Критерий GrPr	лэ	Rт	Smin	R0	Толщина, м
1	0,107	0,149	0,19	0,0413	2,90608E+12	0,5566	0,13	0,000809	0,1060	0,0012
2	0,083	0,149	0,19	0,066	1,19033E+13	0,7379	0,16	0,000969	0,0806	0,0019
3	0,066	0,149	0,19	0,0825	2,32487E+13	0,8436	0,19	0,001093	0,0633	0,0027
4	0,099	0,149	0,19	0,0495	5,02171E+12	0,6209	0,14	0,000861	0,0976	0,0014
5	0,083	0,149	0,19	0,066	1,19033E+13	0,7379	0,16	0,000969	0,0806	0,0019
6	0,107	0,149	0,19	0,0413	2,90608E+12	0,5566	0,13	0,000809	0,1060	0,0012

5. Расчет контактной системы

Расчет контактной системы включает в себя расчет контактного нажатия, определение электродинамических усилий между ламелями и расчет нагрева контактной площадки.

Главные контакты ВГТ - 110 относятся к ламельным (пальцевым) контактам без гибких связей, в которых подвижная контактная деталь в виде стержня входит в неподвижную контакт-деталь, контактное нажатие осуществляется двумя пружинами в каждой ламели, число ламелей - 24. Материал контактов - медь покрытая серебром напылением, обладающая высокой эрозионной стойкостью и дугостойкостью.

5.1 Расчет контактного нажатия

Исходные данные:

dср=123•10-3 м - принимаем средний диаметр ламели

l = 67,5•10-3 м - принимаем длину ламели

l1 = 51,6•10-3 м - принимаем длину средней части ламели

ндоп = 105 ?С - допустимая температура меди и медных сплавов, покрытых серебром По [3, стр. 19,табл. 1-2]

Дф = 5 К

- превышение температуры контакта над температурой отдаленных точек

m = 24 - принимаем количество ламелей

n = 2 - количество точек касания для линейного контакта

с0 =1,62•10-8 Ом•м - удельное сопротивление меди при 0?С

б = 0,00433 1/К

- температурный коэффициент электрического сопротивления меди

л0=388 Вт/м К - теплопроводность меди при 0?С По [3, стр. 23,табл. 1-5]

HB=730 МПа - микротвердость меди при 0?С По [3, стр. 260,табл. 7-2]

нпл=1083 ?С - температура плавления меди По [3, стр. 23,табл. 1-5]

е= 1- коэффициент шероховатости поверхности

kн= 1,3 - коэффициент неравномерности по точкам касания

А= 2,35•10-8 - универсальная постоянная

Необходимо определить:

НВ

- твердость при температуре КД По [3, стр. 261,формула 7-3]

Рассчитываем контактное нажатие на одну ламель

По [3, стр. 267,формула 7-1]

5.2 Расчет контактов по динамической стойкости

- условие динамической стойкости по [3, стр. 269]

Расчет сил ЭДУ между ламелями произведем по следующим выведенной формуле:

F1-i - ЭДУ между ламелью 1 и i - ой ламелью от 2 до 12;

F1-13 - ЭДУ между 1 и 13 ламелями, расстояние между которыми равно диаметру.

Расчет F1-i по формуле Ампера

где a1-i - расстояние между ламелью 1 и i-ой ламелью, определяемой по формуле:

a1-i =dср•cos(б•i)

- находим по геометрии

lуд1 - ударный ток, действующий на одну ламель и определяемый по формуле:

Взаимод. ламели	Угол a1-i	Расстояние a1-i	ЭДУ	ЭДУ для расчета суммы
1/2	82,5	0,016	20,14	2,64
1/3	75	0,032	8,18	2,12
1/4	67,5	0,047	4,56	1,75
1/5	60	0,062	2,96	1,48
1/6	52,5	0,075	2,11	1,29
1/7	45	0,087	1,62	1,15
1/8	37,5	0,098	1,32	1,05
1/9	30	0,107	1,12	0,97
1/10	22,5	0,114	1,00	0,92
1/11	15	0,119	0,92	0,89
1/12	7,5	0,122	0,87	0,87
1/13	0	0,123	0,86	0,86
	15,97

Fэд=15,97 Н

Рассчитаем силу отталкивания по формуле:

По [3, стр. 295,формула 7-30]

где Sк - миделево сечение в зоне растекания тока, принимается на расстоянии 0,25d (d=33мм), м;

Sпл - площадь контактной площадки, м.



Sк=1,687•10-4 м2 - выбираем конструктивно.

Определение сил отталкивания и фактической силы ЭДУ.

По [3, стр. 297,пример 7-5]



5.3 Расчет термической стойкости контактной площадки при Тм<Тпл

Iэфф1=6•104 А

Условие термической стойкости

Тм<Тпл - (100…150)?С

По [3, стр. 277,формула 7-206]

- эффективное значение тока к.з. на одну ламель



HB' - микротвердость меди при температуре 1000 К, по [3,стр. 261,ф.7 - 3]

Тм - меньше температуры плавления.

5.4 Расчет переходного сопротивления контактов

Производится по формуле:

По [3,стр. 264,формула.7 -11]

где k - коэффициент, учитывающий физические свойства материала контакта, по [3,стр. 265]

m - коэффициент, полученный опытным путем для контактов разного вида, по [3,стр. 265]

- на одну ламель

 - суммарное значение

Проверка по мощности

5.5 Расчет сваривающего тока

Производится по формулам:

По [3,стр. 290,формула.7 -27]

где kсв=6000 - на четыре ламели, следовательно умножаем на 6

5.6 Расчет переходного сопротивления в роликовом токосъемнике медь-медь

m=2 - количество токосъемников;

n=2 - количество точек касания для точечного контакта.

Контактное нажатие на один ролик:

По [3,стр. 267,формула.7 -13в]

Рассчитаем переходное сопротивление и потери мощности



Проверка по мощности

7. Расчет распределения температуры по токоведущим элементам

Для теплового расчета необходимо упростить исходную токоведущую систему до системы коаксиальных цилиндров, имеющих ось симметрии, совпадающую с осью симметрии проходных изоляторов.

Для расчетов параметров тепловой модели и последующего ее расчета на распределение температуры по токоведущему элементу, воспользуемся программой расчета токоведущей системы высоковольтных выключателей TRTS, данные расчета программы занесем в таблицу.

Рисунок 7 - Тепловая схема замещения токоведущей системы

Параметры системы	1	2	3	4	5	6	7
L, м	0,48037	0,075	0,206	0,14689	0,11116	0,20644	0,4645
Пар-ры токове-дущей системы	материал	медь	медь	медь	медь	медь	медь	медь
	S, м	0,66568	0,506168	0,50617	0,39752	0,61293	0,50617	0,66568
	F, кв.м	0,00193	0,00226	0,00226	0,00254	0,00204	0,00226	0,00193
	d, А/кв.м	2072539	1769912	1769912	1577909	1965602	1769912	2072539
	r0, Ом•м	1,62E-08	1,62E-08	1,62E-08	1,62E-08	1,62E-08	1,62E-08	1,62E-08
	l, Вт/м0С	388	388	388	388	388	388	388
	a, 1/0С	0,00433	0,00433	0,00433	0,00433	0,00433	0,00433	0,00433
Пар-ры изоля-ционной камеры	материал	элегаз	элегаз	элегаз	элегаз	элегаз	элегаз	элегаз
	r2/r1	0,149/ 0,10725	0,149/ 0,0825	0,149/ 0,0825	0,149/ 0,066	0,149/ 0,099	0,149/ 0,0825	0,149/ 0,10725
	P, МПа	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1
	материал	фарфор	фарфор	фарфор	фарфор	фарфор	фарфор	фарфор
	r3/r2	0,19/ 0,149	0,19/ 0,150	0,19/ 0,150	0,19/ 0,151	0,19/ 0,152	0,19/ 0,153	0,19/ 0,154
	Р, МПа	-	-	-	-	-	-	-
Rт, мК/Вт	0,13	0,16	0,16	0,19	0,14	0,16	0
kтэ	8,509785	9,565868	9,56587	10,6354	8,7467	9,56587	13
b	2,750411	2,349846	2,34985	2,07326	2,60573	2,34985	3,39946
R`, 0С/Вт	0,256	0,039	0,0975	0,068	0,054	0,0975	0,255
R``, 0С/Вт	0,762	5,803	2,179	3,461	3,84	2,179	0,811
uуст, 0С	97,13	97,15	97,18	97,19	97,17	97,17	97,15

- роликовые токосъемы

- ламельный контакт

- роликовые токосъемы

- ламельный контакт

- на границах ТВС

8. Расчет газодинамических характеристик

Расчет газодинамических характеристик сводится к определению изменения давления и массового секундного расхода элегаза в зависимости от поршня, используя метод, приведенный по [5,стр.141]

Исходные данные:

z=0,166 м - путь движения поршня по чертежу

t=0,03 с - полное время отключения

Sr=50•10-6 м2 - площадь сечения отверстия

м=0,82 - коэффициент истечения

k=1,086 - коэффициент, равный отношению Ср/Сv

с0=105 Па - атмосферное давление

г0=6,135 кг/м3 - начальная плотность элегаза по [3,стр.138, табл. 4-2]

Sп=0,119 м2 - площадь сечения поршня (чертеж)

Определение начальных параметров

z0=0,166 м

Vнач=Sп•z0=0,02 м3 - начальный объем резервуара

Мн=Vнач•г0=0,121 кг - начальная масса элегаза

Задаем перемещение поршня и определяем массой секундный расход и давление элегаза

Дz=0,0166 м

Vi=Vнач-Дz? Sп - величина объема на участке от (z-Dz)

гi=Мн/Vi - плотность элегаза на этом же участке

сi=с0?(гi/г0)k - давление элегаза на этом участке

 - среднее плотность элегаза на этом же участке

- среднее давление элегаза на этом же участке

Определяем режим истечения исходя из соотношения:

- режим подкритический

- режим надкретический

Определение массового секундного расхода для подкритического режима

Определение массового секундного расхода для надкритического режима



Оставшаяся масса элегаза определяется по формуле:

- средняя скорость поршня на участке

Определяем изменения скорости поршня зависимости от хода поршня, по [3, стр. 141, рис. 3.55]

Sуск = 0,08789 м - расстояние, которое должен пройти поршень равноускоренно, исходя их режима истечения, критическая точка (см. таблицу расчета)

tуск=0.027 c - время, за которое поршень должен набрать максимальную мкорость

- максимальная скорость поршня при надкритическом режиме истечения

Построим график изменения скорости поршня:



Строим графики массового секундного расхода и давления элегаза

zi, м	Vi, м3	gi, кг/м3	pi, Па	gср, кг/м3	pср, Па	p0/p	режим	y	G, кг/с	Vср, м/с	М, кг
0,02	0,017	6,99	115220	6,56	107610	0,93	подкритич.	0,34	0,04727	0,75	0,118
0,03	0,015	7,91	131734	7,02	115867	0,86		0,45	0,06707	2,25	0,117
0,05	0,0131	9,10	153485	7,62	126742	0,79		0,53	0,08519	3,625	0,116
0,07	0,0111	10,72	183368	8,43	141684	0,71		0,58	0,10345	4,75	0,114
0,08	0,0091	13,04	226865	9,59	163433	0,61		0,60	0,12303	5,75	0,113
0,1	0,0071	16,65	295705	11,39	197853	0,51	надкритич.	0,63	0,15388	6,3835	0,11
0,12	0,0052	23,01	420171	14,57	260085	0,38			0,19954	6,517	0,107
0,13	0,0032	37,22	708527	21,68	404263	0,25			0,30345	6,517	0,1
0,15	0,0012	97,43	2014418	51,78	1057209	0,09			0,75839	3,2585	0,066

Рисунок 8 - Давление элегаза



Рисунок 9 - Массовый секундный расход элегаза

Рисунок 10 - Масса элегаза

9. Особенности дугогашения элегазовых выключателей

Дугогасительное устройство содержит размыкаемые главные и снабженные дугостойкими наконечниками дугогасительные контакты, поршневое устройство для создания давления в его внутренней полости и фторопластовые сопла, в которых потоки элегаза приобретают направление, необходимое для эффективного гашения дуги. Надпоршневая полость высокого давления и подпоршневая полость снабжены системой клапанов, позволяющих обеспечить эффективное дутье в зоне горения дуги во всех коммутационных режимах.

В верхней части дугогасительного устройства расположен контейнер, наполненный активированным адсорбентом, поглощающим из газовой области влагу и продукты разложения элегаза. Во включенном положении главные и дугогасительные контакты замкнуты. При отключении сначала размыкаются практически без дугового эффекта главные контакты при замкнутых дугогасительных, а затем размыкаются дугогасительные. Скользящий контакт между неподвижной гильзой поршневого устройства и корпусом подвижного контакта осуществляется уложенными в его углубления контактными элементами, имеющими форму замкнутых проволочных спиралей.

Заключение

Подводя итоги проделанной курсовой работы мне бы хотелось бы отметить следующие аспекты элегазовых выключателей.

Выключатели высокого напряжения предназначены для оперативных и аварийных коммутаций в энергосистемах, для выполнения операций включения и отключения отдельных цепей при ручном или автоматическом управлении.

Выключатели должны надежно выполнять свои функции, находясь в любом из указанных положений, и одновременно быть всегда готовым к мгновенному выполнению любых коммутационных операций, часто после режимов для ВК является режим отключения тока короткого замыкания.

А так же достоинства элегазовых выключателей:

- Высокая надежность работы;

- Взрыво- и пожаробезопасность;

- Быстродействие и пригодность для работы в любом цикле АПВ;

- Быстрый монтаж и ввод в эксплуатацию;

- Возможность осуществления синхронного размыкания контактов непосредственно перед переходом тока через нуль;

- Высокая отключающая способность при особо тяжёлых условиях отключения (отключение неудалённых коротких замыканий и др.);

- Надёжное отключение ёмкостных токов холостых линий;

- Малый износ дугогасительных контактов;

- Лёгкий доступ к дугогасителям и простота их ревизии;

- Относительно малый вес (с баковыми масляными выключателями).

Список используемой литературы

1. Справочник по электрическим аппаратам высокого напряжения/ Под редакцией В.В. Афанасьева. - Л.: Энергоатомиздат, 1987. - 544 с.;

2. Кукеков Г.А. Выключатели переменного тока высокого напряжения. - Л.: Энергия, 1972. - 336 с.;

3. Справочник по расчет и проектированию контактных частей сильноточных электрических аппаратов/ Н.М. Адоньев, В.В. Афанасьев. В.В. Борисов и др.: под ред. В.В. Афанасьева. - Л.: Энергоатомиздат. Ленинградск. отд-ние, 1988-384 с.

4. Проектирование электрических аппаратов/ Под редакцией Г.Н. Александрова. - Л.: Энергоатомиздат, 1985. - 448 с.;

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

6. Полтев А.И. Конструкции и расчёт элегазовых аппаратов высокого напряжения. - Л.: Энергия, 1979. -239 с.

Размещено на Allbest.ru