Высоковольтный элегазовый баковый выключатель ВГБ-35

рассматривается ниже в п. 3.2.

5. Ток электродинамической стойкости

По ГОСТ 687-78 для высоковольтных выключателей между током

электродинамической стойкости Iдин и током Iном.о обязательно соотношение

Iдин ( 1,8.(2.Iном.о, т. е. Iдин ( 2,546.12,5 ( Iдин ( 31,820 кА {7, стр.

15, ф. (1-1)}.

(Заявленное значение в {3}, см. таблицу 1.6 - 35 кВ).

6. Ток включения

Для наибольшего гарантированного изготовителем значения тока КЗ, которое

выключатель может включить без повреждений обязательно соотношение

iвкл ( 2,55.Iном.о, т. е. iвкл (2,55.12,5 ( iвкл ( 31,875 кА.

3.2. ПРОВЕРКА ТОКОВЕДУЩЕЙ СИСТЕМЫ

ПО ТОКУ ТЕРМИЧЕСКОЙ СТОЙКОСТИ

Проверка выполняется по формуле Iт = ((Ак - Ан).S2/tт, где Ак и Ан -

параметры конкретного материала, определяемые графическим путём {6, стр.

202, рис. 5-5} и зависящие от начальной (н и конечной (к температуры

токоведущего элемента (ТЭ), А.с/м2; S - площадь поперечного сечения ТЭ, м2;

tт - допустимая длительность тока КЗ, с; Iт - действующее значение тока КЗ,

А. Расчёту подлежат:

1. Медный ТЭ проходного изолятора с параметрами (н= 90(С {ГОСТ 8024-84},

(к = 250(С ( Ан = 1,65.1016 А.с/м2, Ак = 3,7.1016

А.с/м2 {6, стр. 202, рис. 5-5}; S =

4,909.10-4 м2 {3}; tт = 3 с {3; таблица 1.6}, для которого Iт = ((3,7.1016

- - 1,65.1016).(4,909.10-

4)2/3=40,580 кА. (Заявленное значение 12,5 кА, см. п. 1.6; {3 }).

2. Алюминиевый ТЭ, соединяющий проходной изолятор с неподвижным контактом

и имеющий следующие параметры (н = 120(С {ГОСТ 8024-84},

(к = 200(С ( Ан = 0,8.1016 А.с/м2,

Ак = 1,45.1016 А.с/м2 {6, стр. 202, рис. 5-5};

S = 2,75.10-4 м2 {3}; tт = 3 с {3; таблица 1.6}, для которого Iт =

((1,45.1016 - -

0,8.1016).(2,75.10-4)2/3 = 12,801 кА. (Заявленное значение 12,5 кА, см. п.

1.6; {3 }).

1. Медный ТЭ подвижного контакта с параметрами (н = 105(С {ГОСТ 8024-84},

(к = 250(С ( Ан= 1,77.1016 А.с/м2, Ак= 3,7.1016

А.с/м2 {6, стр. 202, рис. 5-5};

S = 4,909.10-4 м2 {3}; tт = 3 с {3; таблица 1.6}, для

которого Iт = ((3,7.1016 - -

1,77.1016).(4,909.10-4)2/3=39,374 кА. (Заявленное значение 12,5 кА, см. п.

1.6; {3 }).

3.3. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ УСИЛИЯ В ТОКОВЕДУЩЕЙ СИСТЕМЕ

В аварийных режимах по ТЭ аппарата протекают большие токи, которые

вызывают значительные механические усилия между ТЭ одного полюса аппарата,

причём эти усилия могут быть ещё большими вследствие влияния других полюсов

(см. рис. 3.3.1; рис. 3.3.2). Произведём расчёт ЭДУ для системы подвижных

контактов 4, расположенных на траверсе 8 (см.

рис. 1.8.2, а; б).

Воздействие Коэффициент

ЭДУ на ТЭ контура ЭДУ

[pic]

Рис 3.3.1 Рис 3.3.2

3.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ МОЩНОСТИ

В СИСТЕМЕ ПОДВИЖНЫХ КОНТАКТОВ

На рис. 3.4 показана трёхфазная симметричная система токов (токи в фазах

равны друг другу и сдвинуты на 120() при расположении сплошных круглых

токоведущих элементов (ТЭ) в вершинах равностороннего треугольника.

Используя примеры подобных расчётов в {6, стр. 117}, определим

потери в ТЭ.

Система подвижных контактов

Исходными данными служат

геометрические размеры ТЭ r = 0,0125 м;

R = 0,1575 м; a

= 2.R.Cos30( = 0,2728 м; l = 0,175 м.

Удельное сопротивление меди при 0(С (0 =

1,62.10-8 Ом.м. Температурный

коэффициент сопротивления меди (cu =

4,3.10-3 К-1. Максимально допустимая

температура медных ТЭ в элегазе

(номинальный режим) (доп = 105(С.

Расчёту подлежат:

Рис. 3.4

1. Площадь поперечного сечения ТЭ S = (.r2 = (.0,01252 = 4,909.10-4 м2.

2. Сопротивление постоянному току R= = (0.(1 + (cu.(доп).l/S = 1,62.10-8.(1

+ 4,3 ( ( 10-3.105).0,175/4,909.10-4 =8,401.10-6

Ом.

3. Параметр ( = 0,5.r.((((0/R0) = 0,5.0,0125.((2.(.50.4.(.10-7/8,401.10-6)

= 0,809.

4. Параметр g(() = 0,167 {6, стр. 369, таблица П-3}.

5. Параметр h1(() = 0,00327 {6, стр. 369, таблица П-3}.

6. Параметр h2(() = - 0,00008 {6, стр. 369, таблица П-3}.

7. Параметр h3(() = 0,00007 {6, стр. 369, таблица П-3}.

8. Параметр h4(() = 0,00003 {6, стр. 369, таблица П-3}.

9. Параметр T = (2.g(() = 0,0922.0,167 = 1,403.10-3 {6, стр. 118}.

10. Параметр B = 0,5.(1 - T) = 0,5.(1 - 1,403.10-3) = 0,499 {6, стр. 115}.

11. Параметр E = (4.h1(() - (4.(1 - (2).h2(() + (8.h3(() + (10.h4(()/(2.B)

= 0,0924.0,00327 - - 0,0924.(1 - 0,0922).(- 0,00008)

+ 0,0928.0,00007+0,09210.0,00003/(2.0,499) = 2,362.10-7.

12. Параметр F = (B + (B2 + E =(0,499 + (0,4992 + 2,362.10-7 = 0,9993.

13. Параметр Q = 1 + 0,25.T - (5/24).T 2 - 0,375.T 8 = 1 + 0,25.1,403.10-3

- (5/24) ( ( (1,403.10-3 )2 - 0,375.(

1,403.10-3)8 = 1,00035 {6, стр. 118}.

14. Коэффициент эффекта близости kб = Q/F = 1,00035/0,9993 = 1,001052.

15. Коэффициент поверхностного эффекта kп.э(() = 1,033 {6, стр. 369,

таблица П-3}.

16. Коэффициент добавочных потерь kд.п = kп.э.kт.и = 1,033.1,001052 =

1,034.

17. Активное сопротивление ТЭ R( = R=.kд.п = 8,401.10-6.1,034 = 8,687.10-6

Ом.

18. Потери мощности в одном ТЭ P1 = Iном2R( = 6302.8,687.10-6 = 3,448 Вт.

19. Потери мощности в одном ТЭ при откл. P2 =

Iном.о2.R(=125002.8,687.10-6 = 1357 Вт.

20. Потери мощности в трёх ТЭ P3 = 3.Iном2R( = 3.6302.8,687.10-6 = 10,343

Вт.

21. Потери мощности в трёх ТЭ при откл. P4 =

3.Iном.о2.R(=3.125002.8,687.10-6=4071 Вт.

3.5. РАСЧЁТ НАГРЕВА ТОКОВЕДУЩИХ

ЭЛЕМЕНТОВ В ЭЛЕГАЗЕ

Для определения температуры поверхности системы подвижных контактов 4,

расположенных на траверсе 8 (см. рис. 1.8.2, а; б), выполняем следующее:

1. Задаёмся начальной температурой ТЭ (ном = 57(С при токе Iном = 630 А.

2. Определяющая температура элегаза (опр = 0,5.((ном+(0) = 0,5.(57+40) =

48,5(С.

3. Критерий Прандтля при (опр = 48,5(С Pr = 0,75185 {6, стр. 138, таблица

4-2}.

4. Определяющий размер ТЭ x = 2.r = 2.0,0125 = 0,025 м (см. п. 3.4.).

5. Коэффициент объёмного расширения элегаза ( = 1/((опр + 273) = 0,00311.

6. Превышение температуры ТЭ над температурой элегаза ( = 57 - 40 = 17(С.

7. Кинематическая вязкость элегаза при (опр = 48,5(С составляет ( =

25,18.10-7 м2/с.

8. Критерий Грасгофа

Gr = 9,81.(.(.x3/(2 = 9,81.0,00311.0,0253.17/(25,18-7)2=1,278.106.

9. Произведение критериев Грасгофа и Прандтля

Gr.Pr = 1,278.106.0,75185 = 9,608.105.

10. Режим теплообмена при Gr.Pr = 9,608.105 отвечает расчётной формуле :

kт.к = A2.((/x)1/4 = 2,069.(17/0,025)1/4 = 10,565 Вт/(м2.К) {6, стр. 146,

таблица 4-5}.

11. Постоянная излучения ( = 0,25 {6, стр. 155, таблица 4-7}.

12. Коэффициент теплообмена излучением

kт.и = 5,673.10-8.(.((ном4-(04)/( = 5,673.10-8.0,25.(3304-3134)/17 = 1,887

Вт/(м2.К).

13. Суммарный коэффициент теплообмена

kт.с = kт.к + kт.и = 10,565 + 1,887 = 12,452 Вт/(м2.К).

(Значение используется в программном расчёте токоведущего контура для Г2).

14. Площадь поверхности подвижных контактов, общей длиной S( = 3.l.2.(.r =

= 3.0,175.2.(.0,0125 = 0,04123 м2 (см.

данные из п. 3.4.).

15. Активное сопротивление ТЭ при (ном = 57(С (см. данные из п. 3.4.)

R(=kд.п.(0.(1+(cu.(ном).l/S=1,034.1,62.10-8.(1+4,33.10-

3.57).0,175/4,909.10-4=7,446.10-6 Ом.

16. Суммарный тепловой поток, выделяющийся в трёх подвижных контактах при

номинальном токе Ф = 3.Iном2.R( = 3.6302.7,446.10-6 = 8,866 Вт (см. п.

3.4.).

17. Температура поверхности ТЭ

(ном = Ф/(kт.с.S() + (0 = 8,886/(12,452.0,04123) + 40 = 57,3 (С.

Кроме нагрева подвижных контактов имеет место нагрев в контактных узлах

(самый значительный по сути!), неподвижных контактах, алюм. шинах,

соединяющих выводы проходных изоляторов с неподвижными контактами. Всё это

рассматривается и учитывается в программном расчёте токоведущей системы

высоковольтных выключателей {5}.

3.6. ПОРЯДОК ТЕПЛОВОГО РАСЧЁТА ТОКОВЕДУЩИХ СИСТЕМ

МЕТОДОМ ТЕПЛОВЫХ СХЕМ

1. Разработка тепловой модели токоведущих систем (ТС) аппарата в виде

стержневой системы, в которой выделяются участки однородности.

2. По тепловой модели строится тепловая схема. Несовершенство теплового и

электрического контакта на стыке стержней учитывается в тепловой схеме

источниками теплового потока и теплового сопротивления.

3. Расчёт всех сопротивлений и источников, входящих в тепловую схему.

4. Тепловая схема рассчитывается по методам, применяем в электротехнике,

и находятся температуры на границах каждого участка.

5. По уравнениям связи для каждого участка определяются параметры,

необходимые в дальнейшем для построения графика распределения теплового

потока вдоль токоведущей системы.

3.7. ПОСТРОЕНИЕ ТЕПЛОВОЙ МОДЕЛИ ТОКОВЕДУЩЕЙ СИСТЕМЫ

Для теплового расчёта ТС ВГБ-35 программой {5}, необходимо упростить

исходную токоведущую систему до системы коаксиальных цилиндров, что в

принципе возможно, при замене корпуса бака выключателя эквивалентным

цилиндром того же объёма, имеющим ось симметрии, совпадающую с осью

симметрии одного из шести проходных изоляторов выключателя. (Рассматриваем

только одну фазу и в силу вертикальной симметрии конструкции бака с

проходными изоляторами, ограничиваемся следующей цепочкой: ввод проходного

изолятора ( токопровод изолятора ( алюминиевая шина, соединяющая вывод

изолятора с неподвижным контактом ( контактный узел ( подвижный контакт

половинной длины ( элегаз). Алюминиевая шина прямоугольного сечения

заменяется эквивалентным стержнем, имеющим такое же сечение и длину.

График распределения теплового потока данной модели (см. приложение)

необходимо зеркально отразить по горизонтали из-за причин, обрисованных

выше. Схема тепловой модели показана на рис. 3.7.

Где 1 - токопровод проходного изолятора; 2 - воздушный промежуток; 3 -

фарфор; 4 - винипол; 5 - стеклоэпоксид; 6 - сталь колпака

трансформатора тока; 7 - изоляция трансформатора тока; 8 -

подвижный контакт половиной длины; 9 - алюминиевая шина; 10 -

элегаз под давлением 0,45 МПа; 11 - стальной корпус бака; I..VIII -

участки однородности токоведущей системы; КУ -контактный узел.

3.8. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ МАШИННОГО РАСЧЁТА

Исходные данные для расчёта токоведущего контура пр-мой {5} приведены в

таблице 3.3.

Таблица 3.3

| |Параметры |I |II |III |IV |V |VI |VII |VIII |

| |L, м |0,075 |0,425 |0,010 |0,180 |0,040 |0,180 |0,190 |0,090 |

| |S, м*10-6 |78,540|78,540|78,540|78,540|78,540|78,540|58,786|78,540|

| |F, м. |490,87|490,87|490,87|490,87|490,87|490,87|275,0 |490,87|

| |кв.*10-6 |4 |4 |4 |4 |4 |4 | |4 |

| |?0, |1,62 |1,62 |1,62 |1,62 |1,62 |1,62 |3,30 |1,62 |

| |Ом?м*10-8 | | | | | | | | |

| |?, |390 |390 |390 |390 |390 |390 |160 |390 |

| |Вт/(м?°С) | | | | | | | | |

| |?, |4,33 |4,33 |4,33 |4,33 |4,33 |4,33 |4,2 |4,33 |

| |1/°С*10-3 | | | | | | | | |

|1|r2/r1 |0,050/|0,030/|0,040/|0,040/|0,100/|0,040/|0,230/|0,230/|

| | | | | | | | | | |

| | |0,0125|0,0125|0,0125|0,0125|0,0125|0,0125|0,009 |0,025 |

| |P, МПа |0,1 |0,1 |0,1 |0,1 |0,1 |0,1 |0,45 |0,45 |

|2|r3/r2 |0,070/|0,050/|0,115/|0,080/|0,115/|0,230/|0,250/|0,250/|

| | | | | | | | | | |

| | |0,050 |0,030 |0,040 |0,040 |0,100 |0,040 |0,230 |0,230 |

| |P, МПа | |0,1 | |0,1 |0,1 |0,45 | | |

|3|r4/r3 | |0,090/| |0,100/|0,125/|0,250/| | |

| | | | | | | | | | |

| | | |0,050 | |0,080 |0,115 |0,230 | | |

| |P, МПа | | | |0,1 | | | | |

|4|r5/r4 | | | |0,110/| | | | |

| | | | | | | | | | |

| | | | | |0,100 | | | | |

| |P, МПа | | | | | | | | |

Где L - длина участка с однородной изоляцией, м; S - периметр

токоведущего стержня на участке однородности, 10-6 м, F - сечение

токопровода на участке однородности, 10-6 м2; (0 - удельное

сопротивление материала токопровода при 0(С, Ом.м.10-8; ( - коэффициент

теплопроводности материала токопровода на участке при 0(С, Вт/(м.(С); ( -

температурный коэффициент сопротивления материала токопровода, 10-3 К-1; P

-абсолютное давление слоёв изоляции, МПа; 1..4 - слой однородной изоляции

на участке; r2/r1..r5/r4 - внешний/внутренний диаметры слоёв изоляции.

I..VIII - участки однородности токоведущей системы.

3.9. РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕПЛОВОГО РАСЧЁТА

Результаты расчёта приведены в приложении.

ГЛАВА ЧЕТВЁРТАЯ

РАСЧЁТ КОНТАКТНОГО УЗЛА

Расчёт параметров контактной системы при номинальном токе сводится к

определению необходимого контактного нажатия при заданном значении тока и

максимальной температуре площадки контактирования применительно к

разрабатываемой конструкции коммутационного аппарата.

4.1. ТИП КОНТАКТНОЙ СИСТЕМЫ ВГБ-35

Контакты ВГБ-35 относятся к ламельным (пальцевым) контактам без гибких

связей (см. рис. 4.1, а; 4.1, б), в которых подвижная контакт-деталь (ПК),

выполненная в виде стержня входит в неподвижную контакт-деталь (НК).

Контактное нажатие создаётся двумя пружинами (П). Общее количество ламелей

(Л), расположенных на НК - четыре (две сверху, две снизу), причём одна пара

(верхняя и нижняя Л) имеет больший горизонтальный размер, чем другая. Эта

же пара снабжена дугостойкими металлокерамическими напайками. ПК

соответственно тоже снабжены наконечниками из дугостоикой металлокерамики.

Контактный узел ВГБ-35

Рис. 4.1, а Рис. 4.1, б

ПК-подвижный контакт; НК-неподвижный контакт; П-пружина; Л-ламель.

4.2. РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ КОНТАКТНОЙ СИСТЕМЫ

ПРИ НОМИНАЛЬНОМ ТОКЕ

4.2.1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЁТА

КОНТАКТНОГО НАЖАТИЯ

( Номинальный ток выключателя Iном = 630 А;

( Максимальная температура контактов из меди и

медных сплавов с покрытием серебром в элегазе {6} (доп = 105(C;

( Превышение температуры контакта над температурой

удалённых точек (( = 5 К;

( Количество ламелей m = 4;

( Количество точек касания для линейного контакта n = 2;

( Удельное сопротивление меди при 0(C {6} (0=1,62.10-8 Ом.м;

( Температурный коэффициент электрического

сопротивления меди при 0(C {6} (=0,00433 K-1;

( Теплопроводность меди при 0(C {6} (0=388 Вт/(м.К);

( Микротвёрдость меди при 0(C {6} H=730 МПа;

( Температура плавления меди {6} (0 = 1083 (С;

( Температурный коэффициент электрического

сопротивления меди при 0(C {6} ( = 0,00433 K-1;

( Коэффициент шероховатости поверхности (м =1;

( Коэффициент неравномерности по точкам касания kн = 1,1(1,3.

Расчёту подлежат:

( = (0.(1+(cu.(доп) = 1,62.10-8.(1 + 0,00433.105) = 2,357.10-8 Ом.м;

( = (0.(1 - (т.(доп) = 388.(1 - 1,8.10-4.105) = 381 Вт/(м.К);

(н = 273 + (доп = 273 + 105 = 378 К; (пл = 273 + (пл = 273 + 1083 = 1356

К;

H(=H.[1-((н/(пл)2/3]/[1-(273/(пл)2/3]=730.[1-(378/1356)2/3]/[1-

(273/1356)2/3]=638 МПа;

4.2.2. РАСЧЁТ КОНТАКТНОГО НАЖАТИЯ

Fк(= n.[Iном.kн/(n.m)]2.(.(.H(/(32.(.(() = 2.[630.1,2/(2.4)]2.2,357.10-

8.(.638.106/(32.381.5) = = 13,841 Н {6, стр. 267,

формула (7-13а)}.

4.2.3. РАСЧЁТ КОНТАКТНОГО НАЖАТИЯ

ПО ЭЛЛИПТИЧЕСКОЙ ФОРМУЛЕ

Fк.элл = [n.(Iном/(n.m).kн)2.kл.(.(м.Hб]/[16.(2.(аrccos(Tк/Tм))2] =

[2.(630/(2.4).1,2)2.2,357 ( ( 10-

8.3,14159.3,7.108]/[16.3812.(аrccos(378/383))2] = 7,228 H.

4.2.4. РАСЧЁТ КОНТАКТНОГО НАЖАТИЯ

ПО СФЕРИЧЕСКОЙ ФОРМУЛЕ

Fк.сфр = [n.(Iном/(n.m).kн)2.(.(.(см]/[32.(.(Tк - Tм)] =

[2.(630/(2.4).1,2)2.2,357.10-8.3,1415 ( (

3,7.108]/[32.381.(387 - 383)] = 7,636 H.

Усреднённое значение силы контактного нажатия, см. п. 4.2.2 - 4.2.4:

Fк = (Fк( + Fк.элл + Fк.сфр)/3 = (13,841 + 7,228 + 7,636)/3 = 9,568 Н.

4.2.5. РАСЧЁТ ПЕРЕХОДНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

КОНТАКТНОГО УЗЛА

Производится по формуле из {6, стр. 264}:

Rпер = (/(0,102.Fк)m, где

Rпер - переходное сопротивление контактного соединения (КД); ( -

коэффициент, учитывающий физические свойства металла КД, состояние рабочей

поверхности (степень её окисления) и вид контакта; Fк - контактное нажатие,

Н; m - коэффициент, полученный опытным путём для

контактов разного вида.

Для ВГБ-35 переходное сопротивление КД составляет:

Rпер = (/(0,102.Fк)m = 0,14.10-3/(0,102.9,568)0,7 = 1,424.10-4 Ом.

4.2.6. РАСЧЁТ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА КОНТАКТНОЙ СИСТЕМЫ

Тепловой поток, приходящийся на весь контактный узел

определяем по формуле

Qк = Rпер.n.m.[Iном.kн/(n.m)]2 = 1,424.10-4.2.4.[630.1,2/(2.4)2] = 10,173

Вт.

Значение теплового потока КУ используется в программе {5}.

Т. к. в конструкции ВГБ-35 предусмотрено шесть контактных узлов, то общий

тепловой поток, выделяющийся в бак, заполненный элегазом, при протекании

номинального тока (включенное положение) составляет 6.10,173 = 61,038 Вт. С

учётом тепловых потерь в подвижных контактах, тепловой

поток, выделяющийся в бак составляет 61,038 + 10,343 = = 71,381

Вт (см. п. 3.4.).

4.2.7. РАСЧЁТ МАКСИМАЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ТОЧКИ

КАСАНИЯ КОНТАКТОВ

H((=H.[1-((н/(пл)2/3]/[1-(273/(пл)2/3]=730.[1-(1000/1356)2/3]/[1-

(273/1356)2/3]=204 МПа;

Tм=То/[cos((Iэфф(1)/(m.n).kн.((.A.H(()/(4.(.(Fк))]=378/[cos((18,75.103/(4.2)

.1,2.(3,14.2,3(10-8.204.106)/ /(4.381.(9,568))]=???

4.2.8. РАСЧЁТ СВАРИВАЮЩЕГО ТОКА

Iпл = mсв.(0,102.n.m.Fк)nсв.103 = 2,0.(0,102.2.4.7.432)0,5.103 = 13,931

кА.

См. {6, стр. 289}.

Параметры mсв и mсв взяты из {6, таблица 7-7}.

4.3. РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ КОНТАКТНОЙ СИСТЕМЫ

ПРОГРАММОЙ "CONT" {6}

4.3.1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Исходные данные для расчёта взяты из {1, таблица П.7.}, {3}.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5