мм.
Тогда диаметр изоляционного сопла:
мм.
Сечение сопел:
.
.
Суммарное сечение сопел (эффективное):
.
Находим обобщённые параметры для номинального режима.
Выбираем =1,8. Так как , то из формулы находим объём камеры сжатия:
.
Зная объем, можем найти площадь поршня
,
и диаметр поршня
м.
Тогда
По зависимостям и [2] находим
=0,82 =1,2
Зная обобщенные параметры можно вычислить среднее давление в камере сжатия, время срабатывания и время движения подвижной системы на контрольном участке хода:
; ; .
Вычисляем среднее значение давления в камере сжатия
МПа,
и время движения подвижной системы на контрольном участке хода
с; с.
Площадь сечения сопла при частичной блокировке электрической дугой
.
В этом случае обобщенный параметр
По зависимостям и [2] находим
=0,88 =2,5
Таким образом, получаем:
МПа,
с; с.
Для приближенных расчетов предельной отключающей способности ДУ при dU/dt>1,5 кВ/мкс можно использовать формулу [6]:
,
где , – эмпирические коэффициенты; =25-40, =0,8-1,8;
для 0,5
для 0,90,5
где – изменение давления в камере ДУ.
Так как = 0,59, то 0,172 МПа
Таким образом, предельная отключающая способность данного выключателя:
кВ/мкс
Для определения предельной отключающей способности следует провести корректировку давления в камере по результатам эксперимента.
Для уточнения параметров конструкции были произведены численные расчеты, результаты которых представлены на рис. 3.5., рис. 3.6.
Рис. 3.5. Результаты численного расчета пневмомеханических характеристик: 1 - ход контактов, 2 - изменение скорости, 3 - изменение давления, 4 – температура, 5 – активное сечение сопел
Рис. 3.6. Результаты численного расчета пневмомеханических характеристик (закупорка сопла 63кА): 1 - ход контактов, 2 - изменение скорости, 3 - изменение давления, 4 – температура, 5 – активное сечение сопел
Анализ диаграмм выявил большое влияние энергии дуги на процесс отключения. При отключении номинального тока (12кА) средняя скорость на контрольном участке (12 мс) 11,1 м/с, среднее давление 2,08 МПа. Однако при 63 кА происходит закупорка сопла средняя скорость падает и составляет 6,4 м/с, за счет энергии дуги среднее давление растет, на первом участке (12мс) составляет 4,2Мпа, на втором (9мс) 1,46 МПа, а скорость 2,56 м/с. В численных расчетах были использованы зависимости Rг и Кг от температуры, а также введен коэффициент сжимаемости. Это позволило повысить точность расчетов т.к. после 1400К эти коэффициенты уже не постоянны. На примере рис. 3.6. видно что температура в ДУ достигает 23390К, поэтому было необходимо ввести поправки этих коэффициентов от температуры. Полные времена хода поршня составили 23мс и 33мс соответственно при токах 12кА и 63кА. Это говорит об осложнении процесса гашения при предельных токах.
Таким образом, предельная отключающая способность данного выключателя после численных расчетов на ЭВМ:
кВ/мкс
Графики численных расчетов, исходные данные и текст программы представлены в Приложении 1.
Выводы
Задачей данной главы являлось определение динамических характеристик ДУ проектируемого выключателя. В рамках этого была произведена разработка пневмомеханической модели ДУ, то есть была разработана система нелинейных дифференциальных уравнений. Решение данной системы предполагает использование численных методов. По данной системе производился расчет обобщенных динамических характеристик проектируемого элегазового генераторного выключателя. Численный расчет с помощью программы на языке FORTRAN. Отключающая способность при численных расчетах оказалась выше чем в предварительных и составила 0,2 кВ/мкс. Рассчитанные параметры дугогасительного устройства: диаметр поршня =0,16 м, время срабатывания =23-25 мс. Для улучшения дугогашения использовался эффект генерации газа фторопластом при воздействии на него высокой температуры электрической дуги.
Глава 4. Расчёт и оптимизация приводного устройства элегазового генераторного выключателя
В соответствии с расчетом дугогасительного устройства, приведенного в гл.3 для обеспечения времени срабатывания, хода контактов при отключении необходимо разработать мощный гидропривод.
В качестве базовой конструкции примем конструкцию гидравлического приводного устройства с торможением «по пути».
Гидравлические привода элегазовых выключателей предназначены для быстрого включения и отключения контактов высоковольтных выключателей.
Привода должны обладать относительно высокой мощностью, так как им необходимо как совершать работу по переводу контактов выключателя из одного положения в другое,обеспечивая при этом скорость их перемещения при отключении, так и производить при отключении работу по сжатию элегаза в цилиндрах дугогасительных устройств с целью создания потока элегаза, направленного в зону горения электрической дуги.
Такому требованию в полной мере удовлетворяют гидравлические приводные устройства, имеющие малые занимаемые объемы, малую массу, гибкое регулирование динамических характеристик.
Известны гидромеханические приводы, в которых в качестве носителя запасенной энергии для создания высокого давления рабочей жидкости используются следующие аккумуляторы запасенной энергии:
-пневмогидроаккумуляторы высокого давления;
-пневмогидроаккумуляторы низкого давления;
-аккумулятор энергии, запасаемой в
пакете сжатых пружин.
Пневмогидроаккумулятор высокого давления состоит из стального цилиндра, двух
крышек и поршня с уплотнениями. Поршень разделяет цилиндр на две полости -
газовую и жидкостную. Газовую полость заполняют сжатым азотом, а жидкостную
соединяют с гидравлической системой. Давление сжатого азота соответствует
давлению рабочей жидкости в гидроцилиндре привода.
Пневмогидроаккумулятор низкого давления представляет собой сильфон, герметично закрытый с торцов крышками, заполненный сжатым газом, давление которого значительно ниже давления рабочей жидкости в гидроцилиндре.
Привод, в котором в качестве системы накопления энергии, или аккумулятора, используется сжимаемый пакет тарельчатых пружин, действует следующим образом: накопленная энергия сжатого пакета тарельчатых пружин передается в гидравлическую систему рабочей жидкости в гидроцилиндр привода.
Гидропривод работает на использовании энергии сжатого газа (азота), находящегося в двух энергоблоках.
Рассмотрим схему ГУ, представленную на рис. 4.1. в исходном положении пневмогидроаккумулятор 1 постоянно связан с полостями , гидроцилиндра, и давление МПа.
При подачи сигнала на электромагнит ЭМ гидроклапана 2а полости и соединяются через сливную гидроцепь в – с с баком 4, и происходит отвод жидкости из-под поршня ГУ.
Одновременно жидкость из пневмогидроаккумулятора поступает в объем А по напорной гидроцепи а – б. Под действием усилия поршень движется вниз. Поршень ГУ имеет тормозную втулку, и, по мере перемещения поршня, втулка перекрывает сечение , что вызывает увеличение местного гидравлического сопротивления . Давление в объеме растет и в конце пути скорость поршня уменьшается до допустимой величины. Возврат поршня в первоначальное положение происходит после срабатывания электромагнита ЭМ и соединения объемов и с пневмогидроаккумулятором через клапан 2б. Рост давления в объеме вызывает движение поршня 3 вверх.
Рис. 4.1. Схема гидравлического устройства
Обычно объем пневмогидроаккумулятора достаточно велик, чтобы обеспечить стабильность для выполнения операций. Подзарядку пневмогидроаккумулятора обеспечивает маломощная насосная станция.
4.1 Анализ начального режима разгона ГУ
Быстродействие ГУ на начальном этапе движения поршня зависит от выбора схемы ГУ, исходных параметров и конструктивных размеров ГУ.
Уравнение движения выглядит следующим образом:
, (4.1)
где – рабочие площади поршня; – сечение пускового клапана;
– суммарное противодействующие усилие.
, (4.2)
где - площадь поршня, - площадь штока
Установившаяся скорость поршня:
, (4.3)
где - активное усилие привода, - противодействующее усилие, - коэффициент сопротивления клапана, - плотность жидкости.
Эквивалентная длина трубопровода:
, (4.4)
где – коэффициент трения, - диаметр проходного отверстия клапана
Масса жидкости приведенная к рабочей площади поршня:
, (4.5)
где - проходное сечение отверстия клапана.
Время разгона поршня
, (4.6)
где - суммарная масса.
4.2 Анализ торможения гидропривода
В высокоскоростных ГУ электрических аппаратов используется торможение «по пути», когда по ходу поршня тормозной хвостовик на поршне ГУ или тормозная втулка уменьшает проходное сечение окна в тормозном устройстве. Местное гидравлическое сопротивление увеличивается, и в результате повышения давления жидкости в объеме сжатия скорость поршня уменьшается. Изменение щели окна на этапе торможения вызывает увеличение потерь давления.
Среднее давление на этапе торможения
(4.7)
Рекомендуемое значение не должно превышать ,
где - сечение проходного окна
Путь торможения:
(4.8)
Длина хвостовика:
, (4.9)
где - длина цилиндрической части хвостовика , - длина начального участка закругления.
Время торможения:
(4.10)
Геометрическое сечение начальной щели:
(4.11)
Геометрическое сечение начальной щели:
, (4.12)
где =0,5
Геометрическое сечение профильной части, для =0,5
(4.13)
4.3 Расчет трогания и торможения гидропривода
Определить время разгона поршня ГУ на ход =200 мм при исходном давлении в пневмогидроаккумуляторе =30 МПа. Масса металлических подвижных частей ГУ =100 кг, диаметр поршня =75 мм, диаметр штока =35 мм, противодействующие усилие Н, диаметр проходного отверстия клапана КП =25 мм, коэффициент сопротивления клапана =5, плотность жидкости =850
Определим площадь поршня
,
и площадь штока
.
Зная которые определяем рабочую площадь поршня:
.
Проходное сечение отверстия клапана КП
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
