Элегазовый генераторный выключатель 10 кВ, 63 кА, 8000 А (стр. 9 из 13)

кА.

Для элегазового выключателя относительные оптимальные расстояния между расстоянием вверх по потоку z₀ (расстояние между горловинами металлического и изоляционного сопла) и диаметром сопла d определяются соотношением:

Исходя из того, что обычно z₀ лежит в пределах 1,5-2,0 см принимаем

м.

Тогда диаметр дуги вычисляется по формуле:

,

где

– эмпирический коэффициент (для элегазовых ДУ при температуре дуги =20000 К, =0,4 – 0,8 Мпа расчетное значение =0,0057).

м

В связи с экономической выгодой необходимо обеспечить повышение давления в камере при неизменных параметрах выключателя. Этого можно достичь уменьшением размера сопла, т.е. за счет эффекта автогенерации. Таким образом, диаметр металлического сопла выбирается равным 1,1

:

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 0,9 0,5

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.