Расчет трехфазного разъединителя

Изоляция разъединителя РВЗ-10/400 II УХЛ2 состоит из опорных изоляторов ИОР-10-3,75 УХЛ2 и тяг изоляционных ИТГР-10-7,5-65 УХЛ2.

На разъединителе РВЗ-10/400 II УХЛ2 заземляющие ножи установлены и со стороны шарнирных контактов и со стороны разъемных контактов.

Заземляющие ножи смонтированы на дополнительном валу, который укреплен на общей  раме разъединителя. Рама разъединителя  представляет собой сварную конструкцию из уголков. Конструкция рамы предусматривает демонтаж валов с заземляющими ножами, в случае их ремонта или замены. В конструкции разъединителей РВЗ-10/400 II УХЛ2 с заземляющими ножами предусмотрена механическая блокировка между валом контактных ножей и валом заземляющих ножей, которая исключает одновременное включение контактных и заземляющих ножей.

Управление контактными и заземляющими ножами производится отдельными приводами ПР-10. В конечных положениях рукоятка привода удерживается фиксатором. Кроме того рукоятка может запираться с помощью навесного замка.

2. Устройство контактной системы трехполюсного   разъединителя внутренней установки

В прил. 1 изображена контактная система на номинальные токи от 200 до 630 А в разъединителях вертикально-поворотного типа внутренней установки, получившие наиболее широкое распространение вследствие простоты конструкции и надежности работы.

В разъединителе (прил. 1) нож состоит из двух полос 1, расположенных на некотором расстоянии друг от друга. При токе 200 А одна полоса может быть медной, а другая стальной; при токах 400—630 А обе полосы медные. Неподвижные контакты 3 представляют собой медные шины, согнутые под прямым углом. Одна сторона неподвижного контакта используется для его крепления к колпачку опорного изолятора 9. а также для присоединения к контакту подводящей шины.   Другая  сторона   неподвижного контакта охватывается пластинами ножа. Пластины 1 прижимаются к боковым поверхностям неподвижного контакта пружинами 10, насаженными на стержни 6. На концах стержней имеются кольцевые заточки, в которые входят разрезные шайбы 12, удерживающие колпачки 5, служащие опорами для пружин. Нож может поворачиваться вокруг оси 2, закрепленной в подшипнике 8 на правом неподвижном контакте. Поворот ножа на угол примерно 75° осуществляется посредством фарфоровой тяги, соединенной с вилкой 7. Втулка 11, насаженная на стержень 6, ограничивает сближение пластин ножа при отключенном положении разъединителя. При каждом повороте ножа трение, возникающее между его пластинами 1 и неподвижными контактами 3, способствует удалению окислов с контактных поверхностей.

При прохождении тока короткого  замыкания через контактную систему будет происходить: а) увеличение контактного нажатия вследствие взаимодействия токов, проходящих по пластинам ножа (пластины будут притягиваться друг к другу); б) уменьшение контактного нажатия вследствие отталкивания пластин ножа от неподвижных контактов под действием электродинамических сил сужения в месте касания контактов.

При больших токах короткого замыкания  электродинамические силы сужения могут превысить силу притяжения пластин ножа друг к другу и силу контактных пружин и, следовательно, может произойти отброс пластин ножа от неподвижного контакта, что поведет к аварии. Поэтому в большинстве случаев в конструкцию контактной системы разъединителя вводятся магнитные замки, которые повышают контактное нажатие при прохождении токов короткого замыкания, а тем самым и электродинамическую стойкость разъединителя.

Магнитный замок клещевого типа, примененный в рассматриваемой системе (прил.1), состоит из двух стальных пластин 4, расположенных снаружи пластин ножа 1. С левой стороны пластины 4 имеют прорези, которые входят в проточку на осях 2, а с правого конца стягиваются пружинами 10. Пружины, стремясь разжаться, нажимают на пластины 4. При этом выступы пластин 4 прижимают пластины ножа к неподвижному контакту 3.

Магнитный поток, создаваемый током, проходящим по пластинам ножа, будет замыкаться через пластины 4 и воздушный промежуток между ними. Силовые линии этого потока будут стремиться уменьшить свою длину и, следовательно, сблизить между собой пластины 4, которые, в свою очередь, прижмут пластины ножа к неподвижному контакту. Если через Р обозначить равнодействующую магнитных сил, приложенных к пластине магнитного замка, то сила, прижимающая пластины ножа к неподвижному контакту, будет Р₁ = Р/а, т. е. магнитный замок дает возможность получить весьма большие дополнительные силы, прижимающие  пластины   ножа и неподвижные контакты друг к другу.

Рассмотренная конструкция контактной системы очень проста и технологична. Она имеет хороший внешний вид и не требует регулировки при сборке. Однако для обеспечения одного и того же контактного нажатия требуется более точное изготовление пружин и их   тарировка.

 В прил.2 изображен трехполюсный разъединитель  внутренней установки серии РВЗ, изготовляемый на напряжений 10 кВ и номинальный ток до 630 А. Каждый полюс имеет два неподвижных опорных изолятора и фарфоровую тягу 13. Включение и отключение разъединителя осуществляется поворотом вала, который перемещает тягу. Поворот вала разъединителя осуществляется ручным рычажным приводом. Разъединители серии РВЗ могут иметь заземляющие ножи с одной или с обеих сторон. Управление заземляющими ножами осуществляется ручными рычажными приводами.

Для надежной работы разъединителей кроме выбора целесообразной конфигурации токоведущих частей, обеспечивающей более или менее равномерное распределение тока по сечению ножа, важное значение имеет также число точек соприкосновения между подвижным и неподвижным контактами и контактное нажатие между ними. Это нажатие должно быть достаточно велико, чтобы обеспечить незначительное переходное сопротивление и исключить возможность отбрасывания контактов друг от друга под действием электродинамических  сил   сужения,  возникающих  при  коротких  замыканиях.

Электродинамические силы сужения в контактах разъединителей, установленных в цепях генераторов, могут достигать нескольких тысяч ньютонов.

При больших контактных нажатиях, необходимых для компенсации электродинамических сил сужения, усложняется и утяжеляется механизм разъединителя, а также и привода к нему. Силы трения между контактными поверхностями при больших контактных нажатиях приводят к быстрому износу защитных гальванических покрытий на контактных поверхностях.

 

 

 

3. Расчет сечения ножей и контактных стоек, выбор размеров сторон    сечения

 

Токоведущие элементы в виде проводников  прямоугольного и круглого сечений  применяются во многих электрических  аппаратах. При проектировании первых необходимо определять размеры проводников исходя из их электропроводности, величины тока, температур и характеристик теплоотдачи. Эта задача обычно решается на основе уравнения теплового баланса с использованием средних значений коэффициента теплоотдачи. Однако различные части указанных проводников в электрическом аппарате, как правило, находятся в совершенно разных условиях теплоотдачи: например, они могут примыкать к изоляторам, располагаться около металлических конструкций и др. В этих случаях расчеты на основе средних значений коэффициента теплоотдачи и температуры окружающей среды могут приводить к большим погрешностям.

Используем простой универсальные  алгоритм тепловых расчетов, позволяющих учесть возможные различия тепловых характеристик поверхности проводников и окружающей среды.

По такой шине (рис.2) протекает или постоянный ток i=I , или переменный ток i с действующим значением I. Проводник имеет температуру  J и удельное электрическое сопротивление ρ=ρ(J)=ρ₀(1+αJ), где α – соответствующий температурный коэффициент а, ρ₀=ρ(0). При этом на одной стороне длиной d прямоугольного сечения проводника коэффициент теплоотдачи равен K_d1 , а на другой – K_d2 при температуре окружающей среды, равной соответственно J_d1 и J_d2. Аналогично, на одной и другой сторонах длиной h , указанного прямоугольника коэффициент теплоотдачи равен K_h1 и K_h2  при температуре окружающей среды – J_h1 и J_h2. В соответствии с этим уравнение теплового баланса для рассматриваемого проводника на единицу его длины имеет вид

 

 

Рис.2. Поперечное сечение токоведущей шины толщиной d и шириной h

,        (2.1)

где функция 

            ,  (2.2)

 

R и R₀  – активные сопротивления проводника соответственно переменному и постоянному токам, а K_R  – коэффициент добавочных потерь (т.е. для переменного тока K_R >1, а для постоянного тока K_R =1).

Для ширины шины h соотношения (2.1), (2.2) дают квадратное уравнение. Его решение имеет вид

     (2.3)

где a и b определяются выражениями

 

    (2.4) 

при этом

    (2.5)

 

Алгоритм (2.3)-(2.5) позволяет найти ширину h проводника заданной толщины d, температура которого будет иметь заданное значение J при заданном токе I и достаточно общих условиях теплоотдачи, определяемых заданными параметрами K_d1 и J_d1, K_d2 и J_d2, K_h1 и J_h1, K_h2 и J_h2. При этом первоначальный расчет h осуществляется на основе произвольно выбранного значения K_R . Затем, с учетом найденной величины h, значение K_R уточняется, например, с помощью таблиц или соответствующих кривых, а расчет по алгоритму (2.3)-(2.5) повторяется до тех пор, пока получаемая величина h не будет с требуемой точностью соответствовать предыдущей величине h, использованной для указанного уточнения значения K_R.

В качестве проводника в аппарате должна использоваться стандартная  шина, то рассчитанное по алгоритму (2.3)-(2.5) значение h округляется до ближайшей стандартной величины. Это изменит её температуру J , которую, естественно, необходимо уточнить.

Нож разъединителя состоит из двух медных, параллельных друг другу

пластин .

     Ток проходящий по каждой из них равен;

 

                                                                                             (2.6)

 

Определим коэффициент теплоотдачи в воздухе при естественной циркуляции из таблицы №1

K_h1=0,00075           J_h1=35

K_h2=0,00075           J_h2=35

K_d1=0,0006             J_d1=35

K_d2=0,0006             J_d1=35

Определим с

 

с=0,00075*(80-35)+0,00075*(80-35)=0,0675

Определим b

 

 

К_R=3.41 для d=3.5 см корторы получены путем подбора К_R по таблице 2, который завизит от значения h

 

Определим а 

Определим ширину шины h

см=33,75 мм

 

Получили  что d=35мм      h=33,75 мм

 

Для этого подходит стандартная шина 3,5 х 40  мм по  ГОСТ-5415-63

из табл.1 при  этом J=66.

Пластина                             3,5 х 40      мм

Контактная  стойка         10 х  29,5           

 

                                                           

4. Расчет необходимого нажатие на контакты

Силу  нажатие на контакт определим  из условия перегрева контактов  относительно токоведущих частей на 10⁰  С.

 

S=	I2 Fнаж π σ	;                  где   (3.1)
	32 λ τк

 

τ_к =10⁰ С температура перегрева контактов

σ = 3200 кг/см² временное сопротивление сжатого материала контактов

λ = 3,4 Вт/см²*град  теплопроводность контактирующих материалов

Через контактную площадку проходит ток, равный половине номинального тока:

 

I1=	Iн	=	400	=200 (А)
	2		2

 

 

Fнаж=	2002 * 2,7*10-6 * 3,14 * 3200	=0,9 (Н)
	32 * 3,4 * 10

 

Сила  необходимая для включения и отключения разъединителя:

                         F= 6 * F_наж*K                  (3.2)

F= 6 * 0,9 * 1.25 = 7 H

Так как сила, необходимая для включения  разъединителя не превышает нормальное усилие человека, равное 45 Н, то разъединителем можно оперировать вручную.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Расчет превышения температуры токоведущих частей

Если  при помощи пружин в контактах  будет обеспеченно давление , то сопротивление контактов;

 

Rп=	рп	=	0,0001	=1,1 *10-5 (Ом) , где         (4.1)
	Fm		9

 

р_п – постоянная для расчета сопротивления контакта.

        для меди р_п=0,0001 Ом/кг.

m  – коэффициент, зависящий от вида контактов.

F   – общее давление на контактную поверхность.

Сопротивление ножа имеющего по пути тока длину 280 мм.

Zm=ρ	L	=0.026	0,28	=3,64 *10-5 (Ом) , где    (4.2)
	S		200