1 Общие сведения по разъединителям ..3

Оглавление

1 Общие сведения по разъединителям……………………………………...……..3

2 Конструкции разъединителей …………………………………………...……..6

3. Приводы к разъединителям………………………………………………...……8

3.1 Приводы для разъединителей внутренней установки…………………8

3.2 Приводы для разъединителей наружной установки…………………...9

4 Выбор разъединителей……………………………………………………..…...10

5 Проектирование разъединителей…………………………………………..…..11

6 Влияние окружающих условий работы разъединителей на их конструкцию………………………………………………………………………………….13

7 Проектное техническое задание…………………………………………..……15

8 Выбор и расчет электрической изоляции разъединителя……………..……...17

9 Выбор изоляторов…………………………………………………………..……18

10 Проводники и контактные соединения токоведущего контура, задача, методы и виды расчетов………………………………………………………………...19

10.1 Коммутирующие контакты……………………………………………20

10.2 Расчет электродинамических усилий в токоведущих контурах…….23

11 Выбор механизмов разъединителей. Порядок проектирования………..……25

12 Тепловые расчеты……………………………………………………………....28

13 Расчеты надежности проектируемого разъединителя………………….…...30

14 Общая итоговая технико-экономическая оценка проекта………….………. 31

Библиографический список использованных источников………………..…….32

1 Общие сведения по разъединителям

Разъединители служат для видимого разъединения эле­ментов электрических установок, предварительно отключен­ных высоковольтными выключателями. Чтобы обеспечить без­опасность работ на отключенных электроустановках, необхо­дим видимый разрыв цепи. Запрещено отключать электриче­ские цепи под нагрузкой разъединителями, так как они не имеют устройств для гашения дуги. С отключением цепей под нагрузкой возникает дуга. Температура дуги достигает 3000°С.

Происходит сильное обгорание контактов. При высо­ком напряжении и больших нагрузках осуществляется разру­шение разъединителей с переходом дуги на близлежащую ап­паратуру. Возможны травмы обслуживающего персонала. Поэтому отключению разъединителей должно предшествовать от­ключение выключателей, а включению выключателей – включе­ние разъединителей,

«ПУЭ» предусмотрены в работе разъединителей некоторые исключения. Допускается включение и отключение разъединителями без нагрузки трансформаторов напряжения, зарядного тока сборных шин и оборудования, воздушных и кабельных линий электропереда­чи, а также токов холостого хода трансформаторов. Разъ­единители выполняются для внутренних и наружных устано­вок. По числу полюсов разъединители бывают однополюсные, двухполюсные и трехполюсные. По месту установки в схеме и назначению разъединители делятся на секционные, шинные и линейные. Секционные разъединители предназначены для разъединения соединения секций сборных шин. Шинные соеди­няют генераторы, трансформаторы и линии электропередачи со сборными шинами. Линейные разъединители соединяют сборные шины электростанций с линиями электропередачи и обычно дополняются заземляющими ножами. Ножи служат для заземления отключенной линии. Для обеспечения безопас­ности при производстве ремонтных работ линии электропере­дачи заземляются с обеих сторон. Когда используются за­земляющие ножи, привод разъединителя должен блокировать операции с ножами при включенном разъединителе и операции с разъединителем при заземленных контактах, что обеспечи­вает защиту от К.З. в случае неправильных действий персо­нала. К разъединителям предъявляются требования:

- разъединитель должен обеспечивать видимый разрыв в от­ключенной цепи, что позволяет видеть, включена или от­ключена цепь;

- контактная система должна надежно сколь угодно длитель­ное время пропускать номинальный ток;

- конструкция и изоляция разъединителей наружных устано­вок выполняется с учетом усложненных метеорологических и атмосферных факторов;

- токоведущие части разъединителей имеют необходимую тер­мическую и динамическую устойчивость, по отношению к токам короткого замыкания;

- подвижная часть разъединителя и механизм его привода должны надежно удерживаться во включенном положении при протекании тока К.З.

- промежуток между разошедшимися контактами должен иметь повышенные разрядные напряжения в связи с особой ролью разъединителя как аппарата безопасности;

- механизм разъединителя необходимо сблокировать с выклю­чателем, чтобы операции с разъединителем были возможны только при выключенном выключателе;

- конструкцию разъединителя следует выполнять с учетом возможности присоединения к нему сигнальных контактов для замыкания и размыкания сигнальных и блокировочных цепей.

Расстояние между контактами одного и того же полюса разъединителя в разомкнутом его состоянии должно быть больше расстояния между выступающими частями соседних по­люсов, находящихся под напряжением или между частями под напряжением и заземленными частями. В данном случае раз­ряд, возникающий при перенапряжениях, протекает между частями разъединителя, находящимися под напряжением, и за­земленными частями. Разомкнутые контакты одного полюса не будут подвергаться разрядным напряжениям, что гарантирует безопасность людей, работающих на линии. Для разъедините­лей 1150 кВ и разъединителей, работающих в тропических условиях, данное требование может оказаться не достаточ­ным потому, что высота опорной изоляции выбирается со­гласно требованиям ее надежной работы при сверхвысоких напряжениях и тропических условиях, а такое выбранное расстояние может оказаться больше расстояния между разо­мкнутыми контактами.

К разъединителям наружной установки предъявляются дополнительные требования:

- разъединители должны надежно работать в любых атмосферных условиях, а также при гололеде;

- разъединители должны допускать оперирование в условиях гололеда при толщине корки льда до 10 мм и скорости ветра до 15 м/с.

В разъединителях на сверхвысокое напряжение для снижения вероятности коронного разряда на контактах устана­вливаются экраны, размещенные на концах опорных изоляторов.

2 Конструкции разъединителей

Конструктивное различие, прежде всего, состоит в характере движения подвижного контакта (ножа). В соответствии с этим различают разъединители:

- вертикально-поворотного (врубного) типа;

- горизонтально-поворотного (поворотного) типа;

- качающегося типа;

- катящегося типа;

- с прямолинейным движением ножа;

- со складывающимся ножом;

- подвесного типа.

На рис. 1 приведены конструктивные схемы разъединителей вертикально-поворотного типа.

Рис. 1. Конструктивные схемы разъединителей вертикально-поворотного типа:

1 – рама, 2 – опорный изолятор, 3 – поворотный изолятор, 4 – вывод для присоединения шин, 5 – нож (подвижный контакт), 6 – неподвижный контакт,

7 – ушко для оперативной тяги, 8 – упор, ограничивающий поворот ножа, 9 – изолированная тяга.

3. Приводы к разъединителям

В качестве простейшего привода к разъединителям в установках напряжением до 35 кВ может служить изолирующая штанга. Длина штанги зависит от величины напряжения уста­новки. На конце штанги имеется захват. За­хват вводится в серьгу, укрепленную на концах ножей разъ­единителей со стороны подвижных контактов. Изолирующая штанга – переносное приспособление. Она предназначена для ручного отключения и включения разъединителей. Штанги применяются в качестве привода разъединителя только для обслуживания объектов внутренней установки с напряжением не выше указанного на ее производственной маркировке. До­пустимое тяговое усилие на штанге не должно превышать 30 кг.

3.1 Приводы для разъединителей внутренней установки

Для разъединителей внутренней установки напряжением 6...35 кВ применяются все существующие виды рычажных приводов: штурвальные, пневматические, гидравлические, элек­трические. Привод с задним присоединением тяги, со­стоит из двух основных частей: переднего комплектного подшипника с рукояткой и заднего комплектного подшипника с рычагом. Передний подшипник устанавливается в коридоре управления или на щите управления, а задний – по другую сторону стены, т.е. внутри ячейки или распределительного устройства. Тягу от разъединителя следует присоединять к рычагу заднего подшипника. Привод можно устанавливать, на стене (плите) толщиной от 5 до 140 мм. При втором варианте тягу от разъединителя следует присоединять непосредственно к рукоятке привода посредством вилки. Оба варианта исполнения привода ПР-3 предусматривают завод его рычагов за мертвое положение при включении, чем обеспечивается надежное запирание разъединителя, необхо­димое при прохождении токов К.З. Приводы ПР-2 имеют аналогичное устройство.

3.2 Приводы для разъединителей наружной установки

Разъединители наружной установки на напряже­ние 35 кВ без заземляющих ножей оснащаются рычажными при­водами ПРН-110М, а разъединители на то же напряжение, но с заземляющими ножами ПРНЗ-36М. Для дистанционного управления разъединителями 35 кВ используются электродви­гательные приводы типа ПДН-35. Для напряжения 110 кВ и выше применяют рычажные приводы ПРН-220М, а для дистанци­онного управления – электродвигательные приводы ПДН-1 и ПДН-220. Кроме перечисленных приводов иногда используют червячные приводы типа ПЧН и ПЧНЭ.

4 Выбор разъединителей

Выбор разъединителей производится по номинальному напряжению и току, конструктивному выполнению и месту установки. Разъединители – аппараты, не предназначенные для отключения токов короткого замыкания. На отключающую способность они не проверяются. На термическую и динамическую устойчивость разъединители следует проверять.

5 Проектирование разъединителей

Спроектированный аппарат должен удовлетворять комплексу требований, предъявляемых к современным промышленным изделиям: функционально-технических, эксплуатационных, социальных, экономических, технологических и производственных. Эти требования сформулированы в государственных и отраслевых стандартах, нормалях, технических условиях и формулируются в проектном техническом задании.

1 Функционально-технические требования:

а) нагревостойкость частей аппарата при нормальном рабочем и аварийных режимах;

б) электрическая прочность всех изоляционных частей и промежутков при продолжительном максимальном рабочем напряжении и наихудших условиях окружающей среды (атмосферные осадки, пыль и пр), а также при коммутационных и грозовых перенапряжениях;

в) механическая прочность и износостойкость, всех частей аппарата в пределах гарантируемых чисел операций, срока службы при нормальном и аварийных режимах;

г) коммутационная способность при нормальном рабочем и аварийных режимах (для коммутирующих ток аппаратов);

д) специфические требования для отдельных видов аппаратов;

е) возможная простота конструкции, малые масса и габариты, компактность.

2 Эксплуатационные требования:

а) учет влияния окружающих условии;

б) надежность, безотказность;

в) долговечность, большой срок службы;

г) простота и удобство наблюдения, осмотра и замены частей — ремонтопригодность,

д) низкие эксплуатационные расходы, в том числе малое потребление аппаратом энергии.

3. Социальные требования:

а) облегчение условий труда обслуживающего персонала;

б) безопасность в производстве, монтаже и эксплуатации;

в) эстетичность конструкции.

4. Экономические требования:

а) низкая себестоимость;

б) низкие капиталовложения при установке, монтаже и вводе в эксплуатацию;

в) низкие эксплуатационные расходы.

5. Технологические требования — технологичность конструкций.

6. Производственные требования:

а) учет производственных возможностей — площадей, оборудования, оснастки, организационных особенностей и пр.;

б) учет возможности развития исполнений (модификаций), встраивания в комплектные устройства и «вписывания» в серию аппаратов (серийности производства).

6 Влияние окружающих условий работы разъединителей на их конструкцию

Климатические зоны. При проектировании разъединителей необходимо учитывать климатические условия, для работы в которых предназначен аппарат. Это приводит к необходимости разработки различных исполнений аппаратов по климатическим условиям эксплуатации, отличающихся, главным образом, некоторыми применяемыми материалами и покрытиями поверхностей деталей. Основные из этих исполнений следующие: общего применения в умеренном климате; тропическое для влажного и тропическое для сухого пустынного климата; для холодного климата; морское для умеренного климата и морское для тропического климата.

Места установки разъединителей. При проектировании разъединителей, помимо климатических условий, необходимо учитывать места установки аппарата. Это приводит к необходимости разработки разных исполнений, предназначенных для различных мест установки.

1 Исполнения для установки в закрытых отапливаемых производственных, общественных, жилых помещениях.

2 Исполнения |для подъемных неотапливаемых помещений с повышенной влажностью и частой конденсацией влаги; к таким 'помещениям относятся подвалы, шахты, а также трюмы судов, некоторые цехи текстильных фабрик и др.

3 Исполнения для неотапливаемых наземных помещений, в том числе с естественной вентиляцией. К ним относятся сараи, навесы, палатки, а также оболочки с аппаратами, установленные вне помещений.

4 Исполнения для наружной установки, когда аппараты подвергаются непосредственному воздействию обычных атмосферных осадков солнечной радиации.

5. Исполнения для наружной установки в местностях с загрязненным окружающим воздухом (дымом, копотью, пылью, агрессивными газами). Такие условия.преобладают вблизи металлургических, химических и цементных заводов, тепловых электростанций.

6. Исполнения специализированного назначения, отличающиеся главным образом конструкцией оболочек, например: пылезащищенное (для текстильных фабрик, цементных заводом, мукомольных мельниц), пылеводозащищенное (для электроподвижного состава, для наружной установки), водобрызгозащищенные (для судов), взрывобезопасное (для угольных шахт, взрывоопасных цехов).

Механические воздействия. В процессе транспортирования, хранения и эксплуатации аппараты могут подвергаться посторонним механическим воздействиям, которые выражаются величинами вибрации (мест крепления аппаратов) и ударов. Эти величины значительно отличаются, например, для аппаратов общепромышленного назначения, электротяговых, самолетных, автотракторных, военного назначения и др.

Изменение номинальных параметров аппарата. При повышенной температуре окружающей среды и расположении аппарата в оболочке необходимо снижать номинальный ток, установленный для аппаратов открытого исполнения.

7 Проектное техническое задание

Задание на проектирование разъединителя или серии разъединителей должно содержать достаточные для разработки данные технических параметров, а также эксплуатационные, производственно технические и экономические требования и сведения.

Эти основные данные, требования и сведения следующие:

1 Наименование аппарата или серии и назначение;

2 Род тока (постоянный или переменный) и номинальное напряжение с указанием частоты переменного тока;

3 Величина или ряд величин (серии) номинального тока;

4 Род тока и номинальное напряжение цепи управления и других вспомогательных цепей;

5 Число и вид коммутирующих контактов — главных (число полюсов аппарата), блокировочных, сигнальных и других вспомогательных;

6 Характер нагрузки и основные эксплуатационные параметры;

а) вид нагрузки,

б) число включений в час и продолжительность нагрузки (ПВ %) при кратковременном и повторно-кратковременном режиме работы,

в) предельная отключающая и включающая способность,

г) термическая и электродинамическая устойчивость,

д) износостойкость электрическая и механическая (гарантируемое число операций до ремонта и до полного износа);

7 Вид механизма включения, действия или реагирования (электромагнитный, индукционный, пневматический, гидравлический, электродвигательный, пружинный, ручной и др.)

8 Способ и условия установки. Необходимость и вид оболочки. Вид электромонтажа.

9 Условия эксплуатации.

10 Производственно технические требования и сведения характер производства (массовое, серийное, единичное) с указанием количества аппаратов, подлежащих изготовлению в единицу времени (час, день, месяц, год), данные об имеющемся оборудовании, транспортных средствах, технологической оснастке и другие требования и сведения;

11 Экономические и другие дополнительные требования;

12 Номера государственных и отраслевых стандартов, норм. В них перечислены прочие обычные требования к аппарату или серии.

Некоторых из вышеперечисленных требований и сведений в проектном задании может и не быть. Во первых, к ряду аппаратов нет необходимости предъявлять некоторые требования. Для некоторых аппаратов необходимы еще дополнительные требования, данные и сведения.

Проектное задание на комплектное устройство, состоящее из нескольких аппаратов, должно содержать дополнительные пункты, в частности электрическую схему, взаимозависимость работы аппаратов, требования к конструкции, в которой устанавливаются аппараты, и др

8 Выбор и расчет электрической изоляции разъединителя

Вид электрической изоляции и величина изоляционных расстояний в решающей степени определяют общие конструктивные формы и основные размеры аппарата.

Электрическую изоляцию необходимо обеспечить: а) между частями, находящимися под напряжением и заземленными частями, б) между частями, находящимися под напряжением, соседних полюсов, в) между токоведущими деталями одного полюса, имеющими различные электрические потенциалы, при полностью разомкнутых контактах.

Уровень общей электрической изоляции аппарата обеспечивается путем установления между частями разных потенциалов необходимых: а) расстоянии в окружающей среде; б) размеров по поверхностям и габаритных размеров изоляционных элементов, разрядные расстояния; в) толщин изоляции деталей, изоляторов, прокладок, барьеров и др.

Выбор и расчет изоляции очень сложен, так как зависит от множества факторов. Этим вопросам посвящены целые книги и значительные части книг. В Кроме расчета общей электрической изоляции, при проектировании аппарата необходимо также производить детальные расчеты электрической изоляции его отдельных узлов, особенно у аппаратов высокого напряжения: выводов, дугогасящих камер, шунтирующих сопротивлений, электрических экранов и проч.

9 Выбор изоляторов

В процессе расчета общей изоляции аппарата важным является обеспечение внешней его изоляции, которая обычно осуществляется изоляторами, главным образом фарфоровыми, реже другими (бумажно-бакелитовыми, литыми из стекла, смол и др.). Расчет и конструирование изоляторов является сложной задачей.

Обычно целесообразно применять готовые изоляторы, выпускаемые изоляторными заводами. Выпускается много типов и типоразмеров изоляторов.

По конструктивному назначению изоляторы разделяются на опорные; опорно-штыревые; покрышки; опорно-стержневые; проходные; тяги; изоляционные воздуховоды.

По роду установки изоляторы разделяются на изоляторы для установки внутри помещений или в закрытых частях аппаратов, изоляторы для установки на открытом воздухе.

По способу крепления арматуры (металлических частей) изоляторы разделяются на: изоляторы с креплением арматуры цементирующими веществами, изоляторы с механическим креплением арматуры.

10 Проводники и контактные соединения токоведущего контура, задача, методы и виды расчетов

Токоведущий контур аппарата обычно состоит из частей, различных по конфигурации, размерам и конструкции К ним относятся зажимы контактных выводов, провода, кабели, шины, стержни, перемычки, токовые (в там числе дугогасительные) катушки, контактодержатели, коммутирующие контакты, траверсы, гибкие шунты шарнирных контактных соединений, термоэлементы токовых реле и расцепителей автоматических выключателей и др.

Задачей рассматриваемых расчетов является определение размеров сечения частей токоведущего контура. Сечение частей в значительной степени определяет их габариты, а следовательно, габариты аппарата. Сечение является исходной величиной для многих последующих расчетов вышеперечисленных частей аппаратов.

Основными расчетами проводников токоведущего контура, которые обычно необходимо производить, являются:

1) определение площади и размеров сечения при токе продолжи тельною режима; гак же выполняются расчеты и при других рабочих режимах;

2) контрольный расчет площади и размеров сечения при кратковременном режиме, пусковом для аппаратов управления и автоматики, аварийном при токе короткого замыкания для аппаратов распределения энергии.

При определении площади и размеров сечения проводников целесообразно выбрать конструктивные формы проводников и их контактных соединений. Одновременно следует принять ориентировочные длины проводников.

10.1 Коммутирующие контакты

У коммутационных аппаратов коммутирующие контакты являются той частью, для функционирования которой проектируется аппарат. Поэтому конструкция и параметры контактной системы аппарата определяют главнейшие параметры всего аппарата, а следовательно, всю конструкцию, размеры и массу.

Основные требования. К контактной системе коммутационного аппарата предъявляются следующие основные требования.

1. При работе аппарата в его номинальном рабочем режиме (продолжительное протекание тока или коммутации рабочего тока или др.) температура нерабочей поверхности металла коммутирующих контактов должна быть не выше предельно допустимой по ГОСТ. Температура контактной зоны хотя и не регламентируется стандартами, но должна быть ниже температуры рекристаллизации материала контактов.

2. При больших предельно допустимых для аппаратов токах (пусковых, короткого замыкания и др.) коммутирующие контакты должны быть термически и электродинамически устойчивы, т. е. не должны свариваться, как в замкнутом состоянии при «сквозном токе», так и при замыкании цепи, в которой потечет предельный у аппарата ток.

Кроме того, контактно-дугогасительная система должна иметь предельную отключающую способность, не меньшую номинального значения

3. При работе аппарата в номинальном рабочем режиме, а также при больших предельных для аппарата токах коммутирующие контакты должны иметь возможно меньший электрический и механический износ.

4. Вибрация контактов должна быть не больше допустимой.

Параметры контактной системы. Характеризуют контактную систему следующие параметры:

1. Раствор (определяется при проектировании дуго-гасительного устройства.

2. Провал (определяется при расчете износа,.

3. Проскальзывание и перекат (определяется при выборе конструктивных форм и проектировании механизма.

4. Сила нажатия контактов.

5. Материал контактов.

6. Скорость движения контактов (определяется при согласовании характеристик действующих и противодействующих сил механизма и при проектировании дугогасительиой системы.

7. Коммутационная способность (определяется при проектировании дугогзасительного устройства).

8. Электродинамическая устойчивость

9 Ток сваривания контактов.

10. Параметры вибрации (величина отскоков и время).

11. Износостойкость.

12. Надежность.

Задачи и порядок проектирования. Для обеспечения вышеизложенных требований в процессе проектирования необходимо решить ряд задач в такой последовательности.

1. Выбор конструктивных форм систем главных и вспомогательных коммутирующих контактов

2. Определение размеров (площадей сечений, длин) основных деталей токоведущих контуров, мест и конструкций контактных соединений (разборных, неразборных и разъемных.

3. Выбор материала и основных размеров коммутирующих контактов.

4. Определение необходимой силы нажатия коммутирующих контактов, их температуры, переходного сопротивления и падения напряжения в них при номинальном токе основного (продолжительного, кратковременного, повторно-кратковременного 'и др.) режима работы.

5. Определение величины тока сваривания коммутирующих контактов с учетом мероприятий по ее повышению. Определение величины электродинамической силы отброса контактов при больших предельных токах. Установление величины параметра электродинамической устойчивости коммутирующих контактов аппарата.

6. Определение параметров вибрации коммутирующих контактов с учетом мероприятий по ее уменьшению.

7. Определение износостойкости коммутирующих контактов с учетом мероприятий по ее повышению.

8. Определение параметров надежности работы коммутирующих контактов.

9. Расчет контактных пружин. Оптимальность выбираемых конструктивных величин.

В стремлении повысить значения параметров контактной системы нецелесообразно принимать неоправданно большими: раствор, провал, сечение и силу нажатия.

10.2 Расчет электродинамических усилий в токоведущих контурах

Задача расчета. При протекании в токоведущих контурах больших токов (особенно короткого замыкания) в их частях возникают значительные электродинамические усилия (э. д. у.), поэтому ряд элементов аппаратов необходимо рассчитывать на механическую прочность, а коммутирующие контакты — на электродинамическую устойчивость. При недостаточном учете указанных э. д. у. могут быть деформации токоведущих деталей (шин, стержней, витков обмоток), поломки изоляционных корпусных деталей и изоляторов, размыкания (отбросы) и последующее сваривание коммутирующих контактов (вследствие дугообразования) и другие повреждения, вызывающие аварии. Необходимо учитывать действие электродинамических усилий и на некоторые подвижные элементы механизмов аппаратов.

Большие токи и усилия возникают в аппаратах распределения энергии как высокого, так и низкого напряжения.

Электродинамическая устойчивость аппарата. Свойство аппарата выдерживать усилия, возникающие в его частях при протекании больших токов, называется электродинамической устойчивостью. Она выражается наибольшим допустимым (ударным) током, при котором механические напряжения в деталях аппарата не превосходят допустимых величин, нажатие коммутирующих контактов не снижается ниже допустимого значения и аппарат остается пригодным для дальнейшей эксплуатации.

Исходные данные. Для расчета э. д. у. необходимо иметь следующие данные: а) геометрические параметры — размеры отдельных элементов, их взаимное расположение в токоведущих контурах одного полюса аппарата и относительно элементов соседних полюсов; б) расчетный ток (ударный).

Расчетные величины токов. Ток электродинамической устойчивости аппарата должен быть больше максимально возможного тока цепи в месте установки аппарата при отсутствии самого аппарата.

Вычисления токов короткого замыкания в электрических системах сложны и являются предметом специального курса. Здесь для ориентировки при принятии расчетных величин ударных токов короткого замыкания можно указать следующее.

1. Для аппаратов постоянного тока принимается максимальное значение тока короткого замыкания

2 Для однофазных аппаратов принимается амплитудное значение тока с учетом максимально возможной величины апериодической составляющей. Для определения этой величины амплитуду периодической симметричной составляющей тока короткого замыкания следует умножить на коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую, равный для сетей переменного тока высокого напряжения 1,8, а для сетей низкого напряжения 1,6 при меньших токах и 1,1 при больших (в среднем 1,4).

3. Для трехфазных аппаратов при приближенных расчетах можно с запасом принимать амплитудное значение величины апериодической составляющей трехфазного короткого замыкания, считая условно, что этот ток протекает одновременно во всех трех фазах, расчет усилий производится для средней фазы, где усилия имеют наибольшее значение.

11 Выбор механизмов разъединителей. Порядок проектирования

B отличие от механизмов вращающихся машин механизмы аппаратов обычно передают движение в ограниченных пределах— до упора.

При изучении движения механизма аппарата необходимо рассматривать два резко отличающихся процесса — включение аппарата и отключение его.

В процессе включения аппарата движущие силы преодолевают силы, оказывающие сопротивление движению, в том числе силы полезного сопротивления (например, силы нажатия коммутирующих контактов аппарата).

В процессе отключения аппарата движущими силами обычно становится часть сил, которые были при включении противодействующими, например силы контактных и возвратных пружин и сила тяжести подвижных частей аппарата. Силы же, возникающие от трения и от сил инерции, изменяют направление и становятся опять противодействующими.

Основные требования к механизмам аппаратов:

1. Механизм должен обеспечивать необходимые величины кинематических параметров исполин 1елыюго органа — хода, угла поворота и в частности у коммутационных аппаратов — раствора и провала контактов.

2. Движущие силы механизма должны обеспечивать включение и отключение исполнительного органа. Эти функции механизм должен выполнять как при нормальной работе, так и в самых тяжелых условиях работы аппарата, например при действии электродинамических сил от токов короткого замыкания.

3. Скорость исполнительного органа механизма должна обеспечивать выполнение аппаратом его функции. Например, у коммутационных аппаратов высокого напряжения скорость подвижных контактов при их замыкании должна быть достаточно большой, чтобы иметь возможно меньшее время горения дуги при предварительном пробое межконтактного промежутка. Вместе с тем скорость не должна быть чрезмерно большой, чтобы не возникла вибрация контактов. При размыкании контактов скорость их движения должна обеспечивать гашение дуги за требуемое время.

4. Механизм должен обеспечивать необходимое время действия аппарата. У большинства аппаратов автоматического управления время включения и отключения должно быть возможно меньшим. У некоторых же аппаратов автоматики, например у реле времени, наоборот, этот параметр не должен быть малым и должен регулироваться в определенных пределах. У коммутационных аппаратов механизм должен осуществлять совместно с контактнодугогасительной системой гашение дуги за требуемое время.

5. Механизм должен в ряде случаев иметь буферно-противоударпые элементы для поглощения кинематической энергии, накопленной массами звеньев механизма в процессе движения. Эти элементы необходимы для предотвращения сильных ударов и вибрации. Удары приводят к повышенному износу и поломкам частей аппарата. Вызываемые ударами вибрации, например, у коммутационных аппаратов приводят не только к повышенному износу коммутирующих контактов, по и к повторному их замыканию которое приводит к обгоранию и даже свариванию их вследствие возникновения дуги.

6. Звенья механизма должны быть достаточно жесткими и прочными, чтобы выдерживать возникающие усилия, в том числе при самых тяжелых условиях работы аппарата (п. 2).

7. Механизм должен быть падежным, возможно простым, достаточно точным, технологичным, должен быть приспособлен к осмотру и ремонту, должен быть экономичным в производстве и эксплуатации.

Общие положения. При проектировании механизма особое внимание следует обратить на, в котором изложены принципы и направления проектирования, в частности, обратить внимание па блочность конструкции, обеспечение удобства сборки, разборки и ремонта.

Исходные данные. Из основных параметров механизма обычно к началу проектирования механизма известны: вид движения, величина наибольшего перемещения ведомого при включении звена, сила или момент, действующие на это звено. Ряд параметров, показателей, коэффициентов необходимо обоснованно выбрать в процессе проектирования.

Порядок проектирования. Обычный для многих видов аппаратов основной порядок следующий:

а) выбор вида механизма,

б) разработка кинематической схемы,

в) расчеты и построение кинематических характеристик,

г) определение действующих сил или моментов, построение и согласование их характеристик,

д) расчет параметров и характеристик движения механизмов под действием сил (динамика),

е) корректирование кинематической схемы и выполненных расчетов на основания анализа полученных результатов,

ж) конструктивная разработка.

У аппаратов, имеющих простую кинематическую схему, нет необходимости выполнять все перечисленные расчеты, можно ограничиться только частью из них.

12 Тепловые расчеты

Задачи тепловых расчетов. Конструкция, размеры и надежность в эксплуатации большинства аппаратов в значительной степени зависят от того, как решены вопросы их нагрева и охлаждения.

При тепловых расчетах обычно решаются две задачи.

1. Определение размеров деталей, узлов и всего аппарата исходя из условия допустимой температуры нагрева всех его частей. Следует стремиться получить возможно меньшие размеры и массу деталей и узлов при заданной нагрузке. Эта задача решается при проектировании (предварительном расчете).

2. Определение температуры деталей, узлов и аппарата при поверочном расчете. Сначала удобнее устанавливать превышение их температуры лад температурой окружающей среды. Следует стремиться получить возможно большую нагрузочную способность аппарата (обычно выражаемую величиной тока) при имеющихся или принятых размерах.

Методы тепловых расчетов. Тепловые расчеты электрических аппаратов, учитывающие многие факторы, которые имеют место при нагреве и охлаждении аппаратов и их частей, являются весьма сложными. Решение вышеуказанных задач тепловых расчетов аппаратов поэтому производится лишь приближенно на основе ряда допущений и опытных данных по методу последовательных приближений.

Сложная задача теплового расчета целого аппарата начинается с расчета отдельных его деталей и узлов.

В первом приближении не учитывается взаимное влияние элементов аппарата. При этом принимается допущение, что все тепло, выделенное в отдельном элементе, отдается с его поверхности в окружающую среду (при установившемся тепловом процессе) или поглощается массой элемента (при неустановившемся кратковременном тепловом процессе). Полученные таким расчетом температуры элементов аппарата не будут полностью соответствовать действительности. Однако значения этих температур дадут представление, в каком направлении происходит передача тепла. При этом выявляются наиболее и наименее нагретые элементы аппарата.

Во втором приближении производится корректирование конструкции и уточнение расчетов. При этом необходимо стремиться к уменьшению выделения тепла и к увеличению его отдачи или поглощения.

Далее необходимо провести испытание макета или опытного образца аппарата и, если требуется, выполнить корректирование конструкции и снова провести испытание.

При наличии у аппарата оболочки (шкафа, кожуха, ящика, бака и т. п.) дальнейший тепловой расчет аппарата производится с учетом принятой системы охлаждения аппарата в целом и его оболочки.

13 Расчеты надежности проектируемого разъединителя

Аппарат — элемент системы и система элементов. При наличии в системе управления или распределения энергии значительного количества одинаковых аппаратов их можно рассматривать как элементы системы. Вместе с тем аппарат можно рассматривать как систему, состоящую из элементов. Аппарат может быть разделен на различное число элементов — частей, узлов деталей. Однако необходимо при этом выбрать элементы, которые обычно выходят из строя в процессе эксплуатации, например, катушки электромагнитов, коммутирующие контакты, дугогасительные камеры, гибкие шунты, пружины, крепежные соединения, монтажные провода и их контактные наконечники и др.

Методы расчета надежности. Разработан ряд методов расчета надежности. В их числе можно отметить ориентировочные расчеты и полные окончательные.

Ориентировочный расчет надежности несложного аппарата, имеющего небольшое число выходящих из строя элементов. Надежность рассчитывается для периода нормальной эксплуатации (после окончания периода приработки). Расчет производится при допущении, что в отношении отказов элементы аппарата являются независимыми. При этом вероятность безотказной работы аппарата выражается произведением вероятностей всех независимых его элементов.

Обычно величины интенсивностей отказов находятся в некоторых пределах. Поэтому и вероятность безотказной работы целесообразно определять в пределах минимума и максимума.

14 Общая итоговая технико-экономическая оценка проекта

В заключительной части проекта приводятся итоговые результаты, характеризующие решение поставленной в проектно-техническом задании задачи. Указываются достоинства и недостатки проекта.

Из многочисленных технических, экономических и технико-экономических показателей, следует выбрать минимум главных решающих показателей, по которым можно получать ясное общее представление о спроектированном аппарате В числе этих показателей должны по крайней мере быть приведены технические, денежные показатели экономической эффективности и качественные показатели, которые не нашли отражения в денежном выражении.

Необходимо дать сравнительный анализ технико-экономических показателей спроектированного аппарата и лучших отечественных и зарубежных конструкций аппаратов такого же назначения.

Помимо цифровых выражений показателей следует дать необходимые пояснения

В конце заключительной части целесообразно сформулировать предложение об использовании проекта или его части.

Библиографический список использованных источников

1. Шпиганович А.Н. Высоковольтное электрооборудование распределительных устройств: Учебное пособие / А.Н. Шпиганович, Н.М. Огарков, А.А. Шпиганович. – Липецк: ЛГТУ, 1998. – 80 с.

2. Чунихин А.А. Электрические аппараты / А.А. Чунихин. – М.: Энергия, 1975. – 647 с.

3. Шпиганович А.Н. Методические указания к оформлению учебно-технической документации / А.Н. Шпиганович, В.И. Бойчевский. – Ли­пецк: ЛГТУ, 1997. – 32 с.

Дата добавления: 2015-09-29