Метода по лабам ап.ВН

Грицук А.А., Яковенко С.Р.

Электрические аппараты высокого напряжения

определенных участках работы возрастание усилий, преодолеваемых приводом (например, в положении близком к включенному, когда имеет место максимальное сжатие контактных и отключающих пружин), стремятся механизмы на этих участках приближать к «мертвому положению».

Другой важной особенностью «мертвых положений» или близких к ним является то, что при этом большим изменениям угла поворота ведущего вала соответствуют малые изменения угла поворота ведомого вала. В связи с этим положение ведомого органа в конце хода относительно мало зависит от неточностей положения ведущего рычага, то есть аппарат имеет относительную нечувствительность к возможным технологическим погрешностям. В «мертвом положении» звеньев механизма любой момент М2, приложенный к ведомому валу, не может вызвать его движения, так как момент ведущего вала М1 = 0, и ведомый орган механизма оказывается запертым. Это обстоятельство используется в различных механизмах аппаратов, однако доводить механизм до «мертвого положения» не всегда целесообразно, так как при этом затрудняется отключение аппарата.

Необходимо отметить, что трение, возникающее при вращении вала в опоре, расширяет понятие «мертвой точки» до понятия «мертвой зоны», величина которой определяется радиусом круга трения ρ = r sinφ, где r – радиус вала, φ – угол трения. Вследствие малой величины углов φ можно принять в общем случае ρ = r tgφ = r f, где f – коэффициент трения. «Мертвая зона» определяется углом α, графическое определение которого дано на рис. 4.2.

Объектомисследованиявнастоящейработеявляютсямеханизмыдвухтипов. 1. Приближенное эллиптическое прямило (рис. 4.3).

Механизм состоит из коромысла АС, рычага КОВ и подвеса O1C. «Мертвая точка» создается с помощью дополнительного вала О2 и рычага О2Д. Точка А (место подвеса штанги с подвижными контактами) движется в таком прямиле не по прямой, а несколько отклоняясь от нее на величину Z. Это отклонение незначительно и составляет 1÷2 мм. Полный угол поворота рычага ОB α ≈ 60°. Дезаксиал d по величине невелик, он определяется из конструктивных соображений.

Приближенное эллиптическое прямило имеет более простую по сравнению с другими видами прямил конструкцию, повышенную механическую прочность и поэтому широко применяется в масляных баковых выключателях на напряжения 35–220 кВ.

2. Выпрямляющий механизм смешанного типа (рис. 4.4.).

Механизм состоит из рычагов АО, ВАС, снабжен вертикальными направляющими и ловителями – горизонтальными направляющими. Механизм выполнен по принципу совместного использования механизма с направляющими типа «коромысло с серьгой» и прямила типа «приближенное эллиптическое прямило с горизонтальными направляющими». На рисунке сплошной линией изображено верхнее крайнее положение механизма. При повороте рычага ОА

ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2006

Cтр. 21 из 33

Грицук А.А., Яковенко С.Р.

Электрические аппараты высокого напряжения

Рис. 4.3. Приближенное эллиптическое прямило

Рис. 4.4. Выпрямляющий механизм смешанного типа

ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2006

Cтр. 22 из 33

Грицук А.А., Яковенко С.Р.

Электрические аппараты высокого напряжения

против часовой стрелки на угол α = 0÷50° механизм будет работать как коромысло с серьгой. При подходе к среднему положению, когда конец С рычага ВАС входит в горизонтальные направляющие, механизм начинает работать как приближенное эллиптическое прямило. При подходе к крайнему нижнему положению, когда угол α = 110÷160°, механизм опять начинает работать как коромысло с серьгой. Преимуществами такого механизма являются: значительно больший ход подвижных контактов при одной и той же длине ведущего рычага ОА, чем в приближенном эллиптическом прямиле, наличие «мертвой точки» в самом механизме в двух крайних положениях механизма, компактность всего устройства. Такие механизмы находят применение в малообъемных масляных выключателях. При выполнении лабораторной работы должны быть исследованы основные механические характеристики выпрямляющих механизмов.

Кинематическая характеристика – зависимость величины хода Н под-

вижных контактов от угла поворота главного вала α, то есть Н = f(α).

По экспериментально полученной кинематической характеристике можно графически определить dH/dα = f(Н), имеющую важное значение для определения работоспособности механизма, так как

FdH

Ì0 = ηí d α ,

где Fн – сила, передаваемая на подвижные контакты; η – КПД механизма;

М0 – значение вращающего момента на валу выключателя. Статическая характеристика – зависимость силы сопротивления дви-

жению Fc или момента Мос на главном валу выключателя от хода или угла поворота вала в статическом режиме, то есть

Fc = f(H,α), Моc = f(H,α).

Статические характеристики могут определяться при включении и отключении выключателя. В первом случае определяются силы сопротивления включению, а во втором, при медленном отключении, удерживающие выключатель, то есть препятствующие его отключению.

Определение статической характеристики выпрямляющего механизма возможно при приложении в точке подвеса траверсы постоянной силы сопротивления включению. Полученные экспериментально статическая и кинематическая характеристики позволяют определить КПД механизма:

η =	Fc		dH
				,
	M î ñ		d α

где dH/dα = С – передаточное число механизма.

ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2006

Cтр. 23 из 33

Грицук А.А., Яковенко С.Р.

Электрические аппараты высокого напряжения

Порядок выполнения работы

1.Ознакомиться с механической системой выключателя ВМП-10 с приводом ПЭ-11, указать назначение и характер движения элементов механической системы.

2.Ознакомиться с исследуемыми выпрямляющими механизмами, снять основные размеры и зарисовать их кинематические схемы, обратить внимание на приспособления, обеспечивающие необходимый недоход до «мертвого положения». Определить экспериментально минимально допустимый угол недохода до «мертвого положения». Схемы испытания приведены на рис. 4.5 и 4.6.

3.Определить кинематические характеристики приближенного эллиптического прямила и механизма смешанного типа Н = f(α). Графически определить изменение передаточного числа С = dH/dα = f(H).

Определение углов и хода подвижных контактов осуществляется с помощью транспортиров и линеек, которыми оборудованы механизмы.

4.Определить статическую характеристику сопротивления включению

для обоих механизмов. По полученной зависимости Мос = f(H) при F = const рассчитать и построить зависимости изменения КПД η = f(H). Измерения проводить с подвешенным грузом.

Величина Мос определяется при статическом включении с помощью динамометров, замеряющих Fос на постоянном плече lзaм относительно оси вала

выключателя Мос = Fос lзaм..

Контрольные вопросы

1 .Для чего предназначены и каковы составные части механической системы высоковольтных выключателей?

2 .Каково назначение и конструктивное исполнение выпрямляющих механизмов?

3 .Что такое «мертвое положение» механизма?

4 .Что такое приближенное эллиптическое прямило? Каковы достоинства и область применения данного механизма? Имеются ли в нем «мертвые положения»?

5 .Что такое выпрямляющий механизм смешанного типа? Каковы достоинства и область применения этого механизма? Имеются ли в нем «мертвые положения»?

6 .Что такое кинематическая характеристика механизма?

7 .Что такое статическая характеристика механизма?

8 .Как определяется КПД механизма?

ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2006

Cтр. 24 из 33

Грицук А.А., Яковенко С.Р.		Электрические аппараты высокого напряжения

Рис. 4.5. Схема испытания механизма выключателя 110 кВ

Рис.4.6. Схема испытаний механизма выключателя ВМП-10

ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2006

Cтр. 25 из 33

Грицук А.А., Яковенко С.Р.

Электрические аппараты высокого напряжения

Лабораторная работа № 5

ИССЛЕДОВАНИЕ ВАКУУМНОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ

Цель работы – изучение конструкций вакуумной дугогасительной камеры (ВДК) и вакуумного выключателя в целом; определение характеристик выключателя.

Предмет исследования

В настоящее время вакуумные выключатели занимают лидирующее положение в сильноточной коммутационной аппаратуре средних классов напряжения 10–35 кВ. Достоинства и параметры вакуумного выключателя определяются основным элементом его конструкции – вакуумной дугогасительной камерой. Ведущими электротехническими фирмами (отечественными и зарубежными) производится широкая гамма ВДК на разные напряжения (до 84 кВ) и токи (до 6000 А). Каждая ВДК имеет свои конструктивные особенности, однако

общая компоновка их примерно одинакова. Как пример типовой конструкции на рис. 5.1 представлена дугогасительная камера на 10 кВ разработка ВЭИ. Камера представляет собой цилиндры 1 и 2 из вакуумно-плотной изоляционной керамики, армированные с торцов металлическими фланцами, в которых создан глубокий вакуум (≈ 10-5 Па). Внутри камеры по ее оси размещены два токоввода 10 и 11. Подвижность токоввода 11 обеспечивается сильфоном 12 (металлической гармошкой), один конец которого приварен к вводу, а другой – к фланцу. Такая конструкция допускает необходимое осевое перемещение. К токовводам припаяны контакты 14 и 15. В глубоком вакууме, в силу его чрезвычайно высокой электрической прочности, величина хода в контактах, обеспечивающая требуемые разрядные характеристики изоляции и гарантированное отключение токов, составляет

Рис. 5.1. Вакуумная камера всего лишь несколько миллиметров

(6–20 мм).

ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2006

Cтр. 26 из 33

Грицук А.А., Яковенко С.Р.

Электрические аппараты высокого напряжения

Внутри камеры располагается система металлических экранов, предназначенных для защиты внутренней поверхности керамической оболочки от металлизации продуктами горения дуги, а также для выравнивания электрического поля.

Основные функции токоведущей системы ВДК такие же, как и в любом выключателе – обеспечение длительного протекания номинального тока и кратковременного (до 3 с) протекания тока короткого замыкания по условиям термической и динамической стойкости. Радиальный теплоотвод от токоведущей системы конвекцией в вакууме отсутствует, а излучением пренебрежимо мал в основном из-за зеркального эффекта экранов. Перенос теплоты в камере имеет место только вдоль токовводов к фланцам, поэтому на них могут устанавливаться дополнительные радиаторы, улучшающие тепловой режим камеры.

Главным элементом конструкции камеры, влияющим на ее массогабаритные и технические показатели, является контактная система. Особенности теплоотвода и свойства контактных материалов определяют необходимость резкого ограничения величины переходного сопротивления контактов, в том числе за счет применения более высоких, чем в других аппаратах удельных нажатий (1,0–1,2 Н/А). При отсутствии в камере газовой среды электрическая дуга в ВДК горит в среде металлического пара, возникающего в процессе размыкания контактов. Возможны две ее формы – диффузная (рассеянная по всему межконтактному объему) и контрагированная (в виде отдельного канала). Величина тока, при котором диффузная дуга контрагируется (что недопустимо), зависит от типа контактной системы и характеристик контактных материалов. Повышение эффективности дугогашения ВДК достигается созданием в межконтактном промежутке магнитных полей.

В современных вакуумных дугогасительных камерах используются контактные системы двух типов: с поперечным (радиальным) и продольным (аксиальным) по отношению к току дуги отключения магнитным полем. Взаимодействие тока с полем происходит более эффективно в камерах аксиального типа; в итоге падение напряжения на дуге отключения здесь в несколько раз меньше, чем в контактных системах другого типа, и дуга распространяется по всей поверхности контактов. Это увеличивает диапазон отключаемых токов, при которых дуга существует в диффузной форме и снижает необходимые для этого габариты камеры в целом.

Полное падение напряжения по дуге ВДК составляет не более 30 В, что значительно ниже, чем в других типах дугогасителей. Следовательно, и энергия, выделяемая за время горения дуги, существенно ниже. Поэтому коммутационный ресурс ВДК составляет десятки тысяч циклов коммутации номинального тока и несколько сот аварийного.

Неприятной особенностью вакуумных дугогасителей является их склонность к «срезу» тока. Опасные последствия этого, как правило, легко устраняются внешними факторами.

ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2006

Cтр. 27 из 33

Грицук А.А., Яковенко С.Р.

Электрические аппараты высокого напряжения

В данной работе исследуется вакуумный выключатель ВВ/ТЕL-10 производства предприятия «Таврида-Электрик», г. Севастополь. В выключателе применена ВДК аксиального типа собственной разработки рекордно малых габаритов и веса, рассчитанная на номинальные токи 630 и 1000 А и номинальные токи отключения 12,5 и 20 кА. Коммутационный ресурс составляет 50000 циклов В-0

при отключении Iном и I00 циклов – Iн.отк.

Общий вид выключателя ВВ/ТЕL-10 представлен на рис. 5.2, схематический разрез полюса выключателя – на рис. 5.3, блок-схема управления выключателем – на рис. 5.4.

Выключатель состоит из трех полюсов, установленных на общем металлическом корпусе, в котором размещены пофазные электромагнитные приводы с магнитной защелкой, удерживающей выключатель неограниченно долго во включенном положении после прерывания тока в катушке электромагнита. Якоря электромагнитов связаны общим валом, на котором установлены постоянные магниты, управляющие герконами для внешних вспомогательных целей. ВДК и остальные узлы ап-

Рис. 5.2. Выключатель ВВ/TEL-10 парата размещаются в изоляци- онных корпусах из прозрачного

полимерного материала, который обеспечивает электрическую изоляцию выключателя и предохраняет от возможных в эксплуатации механических повреждений и воздействий электрической дуги. В комплект выключателя входят два отдельных блока – блок управления ВU и блок питания ВР, а также кнопочный пульт управления ПУ. Включение выключателя производится нажатием кнопки ВКЛ на пульте управления, при котором в ВU формируется команда подачи постоянного напряжения на катушку электромагнита ЭМ (поз. 9 рис. 5.3), если датчик положения ДП (рис. 5.4) соответствует отключенному состоянию выключателя. Под действием электромагнитных сил якорь 11 начинает двигаться вверх и через пружину поджатия 6 заставляет двигаться тяговый изолятор 5 и подвижный контакт 3, сжимая при этом пружину отключения 7. После смыкания контактов ВДК якорь ЭМ перемещается еще на 2 мм до упора, сжимая пружину поджатия 6 для создания необходимого давления между контактами во включенном положении. Общий ход якоря составляет 8 мм. После снятия напряжения с ЭМ его якорь ос-

ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2006

Cтр. 28 из 33

Грицук А.А., Яковенко С.Р.

Электрические аппараты высокого напряжения

тается во включенном положении под действием кольцевого постоянного магнита 10 (магнитная защелка). В этом положении каждый полюс выключателя удерживается с силой 450-500 Н.

Рис. 5.3. Полюс выключателя

При нажатии кнопки ОТК блоком управления на катушку 9 электромагнита подается напряжение противоположной полярности. Магнит 10 при этом частично размагничивается и якорь снимается с магнитной защелки; в итоге пружины 6 и 7 перемещают подвижные части выключателя вниз в отключенное положение. В этом положении они удерживаются пружиной 7 независимо от того, как выключатель сориентирован в пространстве. Сигнал на отключение блоком ВU может также формироваться при поступлении в него команды от датчика тока в токовой цепи ВВ (аварийное отключение).

Блок ВU запрещает повторное включение после отключения вакуумного выключателя, если команда включения сохраняется, и остается в режиме блоки-

ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2006

Cтр. 29 из 33

Грицук А.А., Яковенко С.Р.

Электрические аппараты высокого напряжения

ровки до тех пор, пока команда включения не будет снята на время больше 1,5 с. Блок ВU может дополняться специальными внешними устройствами разделения сигналов для формирования сигналов автоматического включения и

отключения по стандартным циклам АПВ.

Рис. 5.4. Схема управления выключателем

Описание лабораторной установки

Испытательная установка состоит из собственно вакуумного выключателя ВВ-ТЕL-10, управляющих его работой блоков ВР, ВU и ПУ, рычажного устройства измерения силы удержания выключателя во включенном положении и источников оперативного и рабочих токов. Конструктивно выключатель укреплен на рабочем столе лабораторного стенда и смонтирован с рабочими блоками в стандартную схему управления (рис. 5.4). Питание главных цепей аппарата предусмотрено от отдельного многоамперного источника напряжения 12В с соседнего стенда. Для измерения силы удержания средний полюс выключателя соединен рычажным механизмом, уменьшающим величину силы в 5 раз, со стрелочным динамометром (по типу механизма рис. 3.3).

Исследуемый выключатель имеет особенности управления.

ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2006

Cтр. 30 из 33