Поиск по сайту
Начало >> Книги >> Оборудование >> Элегазовый генераторный выключатель 10кВ

Расчёт и оптимизация приводного устройства - Элегазовый генераторный выключатель 10кВ

Оглавление
Элегазовый генераторный выключатель 10кВ
Анализ конструкций генераторных выключателей
Параметры современных генераторных выключателей
Взаимодействие выключателя с сетью
Расчёт и оптимизация дугогасительного устройства
Расчёт и оптимизация приводного устройства
Текст программы расчета и графики результатов
Свойства элегаза

 

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.
Схема гидравлического устройства выключателя
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
.
Установившаяся скорость поршня

Будем считать только потери давления в клапане КП и примем, что течение жидкости через него турбулентное, а коэффициент трения =0,025. Далее определим эквивалентную длину трубопровода, замещающего это местное гидросопротивление.
м.
Масса жидкости, приведенная к рабочей площади поршня
кг.
Время разгона поршня на =15 мм.

Определить путь торможения, время торможения и основные размеры хвостовика для ГУ при равнозамедленном движении. Установившаяся скорость перед этапом торможения =8, коэффициент сопротивления щелевого зазора =3, проходное окно имеет диаметр =20 мм.
Максимальное допустимое давление в объеме сжатия
МПа
Путь торможения
м.
Время торможения
с.
Принимая цилиндрическую часть хвостовика 3 мм, и начальный участок закругления м окончательно получим длину хвостовика
мм.
Сечение и диаметр начальной щели (x=0)
.
м.
Сечение и диаметр начальной щели(=0,5)

м.
Сечение и диаметр профильной части

м.

Выводы

Гидравлические приводные устройства являются наиболее мощными, энергоемкими приводными устройствами, от других приводных устройств отличаются малым объемом и массой, гибким регулированием динамических характеристик. Как правило, ГУ применяют в наиболее ответственных силовых выключателях.
Определены следующие размеры и параметры ГУ:
Рабочую площадь поршня , диаметр поршня =75 мм, диаметр пускового клапана =25 мм, хвостовик 3,7 мм (начальный диаметр), 15 мм (конечный диаметр), максимальное давление на этапе торможения =45 МПа.
Время разгона: =7,9 мс, время торможения: = 4,3 мс.

Заключение

В данной работе был рассмотрен элегазовый генераторный выключатель 10 кВ и ток отключения 63 кА.
Дан краткий обзор конструкции, целесообразности производства и особенности эксплуатации этих выключателей. Рассмотрены их достоинства и недостатки. Элегазовые выключатели обладают значительными преимуществами, перед воздушными, такими как меньшие габариты и количество деталей, меньше интенсивность отказов, больше межремонтный срок и срок службы.
Проанализировано взаимодействие выключателя с сетью. Были рассмотрены параметры перехдного восстанавливающегося напряжения для 100% к.з. Была проанализирована стойкость при сквозных токах к.з., а также рассмотрено отключение малых индуктивных токов.
В третьей главе рассмотрено дугогасительное устройство выключателя, а также принцип работы. На основании исходных данных произведен предварительный расчет времени срабатывания выключателя и давление в камере сжатия. Разработана математическая модель дугогасительного устройства. Произведен численный расчет параметров на ЭВМ. Время срабатывания 23-25 мс.
В четвертой главе произведен расчет гидравлического приводного устройства с торможением «по пути». Определены геометрические размеры основных элементов, время разгона 7,9 мс и время торможения 4,3 мс.
Результаты расчета и анализа показывают, что элегазовые генераторные выключатели имеют большую перспективу использования в России. В этом случае примером являются зарубежные фирмы, которые с успехом создают и используют элегазовые генераторные выключатели во всем мире.

Список литературы

1.Электрические аппараты высокого напряжения. Учебное пособие для вузов. Под редакцией Г.Н. Александрова. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отд-ние, 1989.-344с.
2.Проектирование электрических аппаратов. Учебник для вузов. Под редакцией Г.Н. Александрова. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отд-ние, 1985.-448с.
3.Теория электрических аппаратов. Учебник для вузов. Под редакцией проф. Г.Н. Александрова. 2-е изд., перераб. и доп. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2000. 540с.
4.Коммутационные аппараты для главных цепей генераторов. Бронштейн А.М. - ВНИИ информации, 1982.
5. Генераторные выключатели и аппаратные комплексы высокого напряжения. Н.М. Адоньев, В.В. Афанасьев, А.Ш. Локш. – СПб.:Энергоатомиздат: С-Петербургское отд-ние 1992.-160с.
6. Электрические аппараты высокого напряжения с элегазовой изоляцией. Под редакцией Ю.И. Вишневского. – СПб.: Энергоатомиздат. СПб. отд.-ние 2002.-728с.
7. «Условия отключения генераторного блока 800 МВт выключателем нагрузки КАГ-24» Журавлев С. В., инж., КузьмичеваК.И., канд. техн. Наук. ОАО Тюменьэнерго - Научно-исследовательский институт электроэнергетики (ВНИИЭ). – Электрические станции. Энергопрогресс. №2 2004г.
8. ГОСТ 525665-2006 Выключатели переменного тока на напряжение от 3 до 750 кВ. Общие технические условия. – Стандартинформ, 2007.-67с.
9. Каталог фирмы Multi-Contact (№6), 2002.
10. Воздушные выключатели. В.В. Афанасьев, Ю.И. Вишневский. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отд-ние, 1981.-384с
11. О коммутации тока при размыкании одной из двух параллельных цепей электрических аппаратов. Кандидат техн. наук Н. Н. НИКИФОРОВСКИЙ -Электричество №12, 1959.
12. Электрические аппараты управления. Таев И.С. – Высшая школа: Москва 1984г.
13. Генераторные выключатели в цепи мощных энергоблоков и требования, предъявляемые к ним ЗОРИН Л.М. (ОАО «Гидропроект»), ПОДЪЯЧЕВ В.Н. (ОАО «Институт Энергосетьпроект»),ШЛЕЙФМАН И.Л. (АББ Электроинжиниринг) - «ЭЛЕКТРОТЕХНИКА» № 11/03.



 
« Элегазовые выключатели распредустройств высокого напряжения
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.