 |
Описание лабораторной установки
|
|
|
|
КОНСТРУКЦИИ ЭЛЕКУТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Методические указания к лабораторным работам
Екатеринбург
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ МАЛОМАСЛЯНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ
Цель работы – изучение конструкции и характеристикмалообъемного масляного выключателя высокого напряжения.
Предмет исследования
Выключатели высокого напряжения (ВН) – аппараты, предназначенные для оперативных и аварийных коммутаций в энергосистемах. При оперативных операциях в электрической сети формируются такие схемы, которые кроме основных функций передачи и распределения электрической энергии обеспечивают возможность текущей эксплуатации всего электрооборудования высокого напряжения (проведение регламентных, ревизионных и ремонтных работ). Аварийными коммутациями обеспечивается защита от термических и электродинамических воздействий токов короткого замыкания.
В данной работе исследуется маломасляный выключатель ВМП-10, в котором трансформаторное масло служит только для гашения электрической дуги, функции изоляции выполняют в основном детали из твердых диэлектриков. Это трехполюсный аппарат с общим отдельно расположенным приводом, соединенным с выключателем передаточным механизмом, рассчитанный на работу в закрытом помещении.
На рис. 1.1 показан общий вид выключателя ВМП-10. Выключатель смонтирован на сварной заземленной раме 3. Внутри рамы установлены отключающие пружины, масляный буфер отключения 6, пружинный буфер включения, приводной механизм, передающий движение от привода к выпрямляющим механизмам полюсов.
Рис. 1.1. Общий вид выключателя
Приводной механизм состоит из вала 5 с рычагами и изоляционных тяг 4 на валу закреплены указатели положения. Три полюса 1 выключателя подвешены к раме с помощью изоляторов 2.
|
|
|
Разрез полюса выключателя показан на
рис. 1.2. Каждый полюс состоит из стеклоэпоксидного цилиндра 1, армированного на концах фланцами 2 и 9. На верхнем фланце с токосъемом 8 укреплен корпус механизма 4 из алюминиевого сплава, закрытый пластмассовой крышкой 20. Внутри его размещается выпрямляющий механизм 6, подвижный контакт 5 и роликовое токосъемное устройство 3, которое перемещается по направляющим 7. Нижний фланец с токосъемом 12 закрыт крышкой 11, внутри которой установлен неподвижный розеточный контакт 10. Контакты облицованы металлокерамикой.
В нижней части изоляционного цилиндра расположена дугогасительная камера продольно-поперечного дутья 15. Она представляет собой набор изоляционных пластин, стянутых в пакет изоляционными шпильками. Камера имеет три поперечных дутьевых канала с раздельными выходами вверх и специальные заполненные маслом полости – масляные карманы. Гашение дуги в камере происходит за счет ее эффективного охлаждения в потоке газопаровой смеси, образующейся в результате разложения и испарения трансформаторного масла под действием высокой температуры дуги, т.е. за счет энергии самой дуги. Направление парогазового потока задается конфигурацией дутьевых каналов.
Литой нижний фланец полюса 9 снабжен воздушной полостью, так называемой «воздушной подушкой».
Рис. 1.2. Полюс ВМП-10
«Воздушная подушка» является аккумулятором энергии и одновременно выравнивает давление в подкамерном пространстве, предохраняя тем самым выключатель от возникновения в нем чрезмерных давлений. После погасания дуги за счет избыточного давления в воздушной подушке в дугогасительной камере создается поток масла, который, вымывая из каналов продукты разложения, повышает восстанавливающуюся прочность межконтактного промежутка.
|
|
|
В верхней части корпуса расположен центробежный маслоотделитель 19. Верхняя крышка снабжена газоотводом и маслоналивным отверстием. В нижней крышке имеется маслоспускная пробка 11. На нижнем фланце установлен маслоуказатель с обратным клапаном 14.
Для преобразования вращательного движение вала 5 (рис. 1.1) в поступательное движение подвижного контакта, используется выпрямляющий механизм смешанного типа 6.
Выпрямляющий механизм выключателя ВМП-10 и его кинематическая схема изучаются в лабораторной работе № 4 (см. рис. 4.4). На рис. 1.3 показано лишь положение основных рычагов механизма для отключенного (позиция «а») и включенного (позиция «б») положения выключателя. Полный ход Н п подвижных контактов при коммутации равен 217 мм.
Кинематической характеристикой выключателя называется зависимость хода подвижных контактов от угла поворота вала приводного механизма
Н = f (α)
На основании этой характеристики можно рассчитать зависимость 
которая входит в уравнение работы:
М ∙d α ∙ h = F к∙ dH, или
М = (F к / h )(dH/d α ),
Рис.1.3. Кинематическая схема механизма
где М – момент, создаваемый на валу приводного механизма,
F к – включающее усилие на подвижном контакте,
h – коэффициент полезного действия механизма.
Из этого следует, что значительные включающие усилия можно получить при сравнительно малом моменте на валу приводного механизма выключателя, если применить, например, рычажно-шарнирный механизм с “мертвым положением”. В этом случае в конце хода включения, когда возрастают силы сопротивления движению, происходит приближение рычагов
к «мертвому положению», характеризуемое резким уменьшением величины dH/d α.
Важной характеристикой выключателя является зависимость статического включающего момента на валу приводного механизма от угла его поворота. Она дает возможность более точно оценить работоспособность привода выключателя, выбор которого осуществляется не только по величине требуемой полной работы включения, но и по величине максимального включающего момента во всем диапазоне угла поворота вала выключателя.
Величина момента сил трения М тр на валу приводного механизма выключателя определяется косвенно по данным измерения включающего статического момента удерживающего момента М вкл. с и удерживающего момента М уд:
|
|
|
М тр = 0,5(М вкл.с - М уд)
Надежная работа выключателя при включении и отключении определяется соответствием скорости движения подвижных контактов υ требуемым значениям и, прежде всего, в момент расхождения контактов. Эта характеристика может определяться либо в функции времени υ= f(t), либо в функции хода контактов υ = f(H).
Описание лабораторной установки
В лабораторной установке выключатель ВМП-10 с приводом ПЭ-11 смонтирован на рамной конструкции, позволяющей разъединять их механически, отсоединяя тягу привода от вала выключателя. Для определения силовых и кинематических характеристик выключателя на его валу укрепляется специальный приводной рычаг большой длины. Рычаг снабжен транспортиром с отвесом для определения угла поворота вала. На приводном рычаге на плече l от его оси закрепляется динамометр, при измерении сил он всегда должен располагаться перпендикулярно рычагу. На верхней крышке среднего полюса выключателя установлен указатель хода подвижного контакта Н; на верней крышке левого полюса – устройство измерения временных параметров.
Для определения кинематической характеристики и статического включающего момента приводной рычаг из отключенного положения поворачивается на заданную величину интервала угла поворота на включение ∆α и фиксируется силой динамометра. В этом положении измеряется ход Н и выключающее усилие F вкл.с. Статический включающий момент М вкл.с. рассчитывается
М вкл. с = F вкл.с × l
Аналогично из включенного положения при плавном повороте рычага на ∆α с удержанием в фиксированном положении измеряется удерживающая сила F уд, по которой рассчитывается М уд:
М уд. = F уд l
Определение зависимости Н=f(t) производится с помощью вибратора, который представляет собой электромагнит с пружинным якорем. При включении обмотки вибратора на переменное напряжение якорь начинает вибрировать с двойной частотой относительно частоты сети. На конце якоря закреплен грифель карандаша. Вибратор установлен на верхней крышке левого полюса выключателя. На подвижном контакте этого полюса закреплена специальная рамка с бумагой, перемещающаяся при коммутации выключателя относительно вибратора на величину хода Н п. При этом грифель карандаша, слегка прижатый к бумаге, начертит на ней синусоиду с переменной длительностью периода – виброграмму. При частоте переменного напряжения
|
|
|
f= 50 Гцчастота вибраций якоря составляет 2f и, следовательно, расстояние DН между двумя максимумами на виброграмме соответствует промежутку времени D t = 0,01 с.
Включение и отключение выключателя производится электромагнитным приводом ПЭ-11 при восстановленной рычажной связи выключателя с приводом. Управление приводом производится ключом УП с пульта управления, находящегося на стенде справа от выключателя. Питание схемы управления производится от источника постоянного тока 220В.
Построение характеристик Н = f(t) производится по виброграммам, снятым при включении и отключении выключателя.
Построение кривых υ вкл = f(t,H), υ откл. = f(t,H) выполняется на основании полученных зависимостей Н = f(t). Скорость υ ср. на отрезке пути D Н за время движения контактов D t определяется по формуле υ ср = D Н/ D t.
Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с техническими характеристиками и принципом действия маломасляного выключателя ВМП-10-20/600–1500. Изучить конструктивное исполнение всех элементов выключателя: токоведущей системы, изоляции, буферов приводного и выпрямляющего, механизмов, дугогасительной камеры, маслоотделителя, маслоуказателя.
2. Составить эскиз кинематической схемы механизма выключателя для отключенного и включенного положения: приводной и выпрямляющий механизмы от вала выключателя до подвижного контакта.
3. Определить кинематическую характеристику выключателя Н = f( α ). Отметить на характеристике ход в контактах, ход масляного и пружинного буферов.
4. Снять зависимости статического включающего и удерживающего моментов на валу приводного механизма от угла его поворота.
5. Определить зависимость Н = f(t) при включении и отключении выключателя.
6. Рассчитать по данным п. 3 зависимость dH/d α = f( α ).
7. Определить по данным п. 4 работу, совершенную при статическом включении выключателя:
Ас = 
вкл.с dα
8. По данным п. 4 определить величину момента трения в функции угла поворота вала:
М = 0,5 (М вкл. с - М уд )
9. Рассчитать по данным п. 5 и построить зависимости скорости движения подвижного контакта от времени и хода при включении и отключении выключателя. Определить скорость отключения в момент размыкания контактов и скорость включения в момент замыкания контактов.
|
|
|
Контрольные вопросы
1. Объяснить особенности конструктивного исполнения токоведущей системы выключателя, особенности коммутирующего и токосъемного контактов, изоляции выключателя.
2. Объяснить устройство гасительной камеры, принцип гашения дуги и назначение "воздушной подушки" выключателя.
3. Пояснить необходимость применения разных по конструктивному исполнению буферных устройств, действующих при включении и отключении.
4. Как определяется уровень масла в выключателе. Почему при повышении давления не происходит выброса масла через маслоуказатель?
5. Какую роль играет "мертвое положение" выпрямляющего механизма выключателя?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРИВОД
|
|
|
