Расчет обмоток герконовых реле

 

 

 

 

 

1.Отключение цепей с повышенной частотой тока.

            Большая группа электрических аппаратов представлена коммутационными устройствами, с помощью которых замыкается и размыкается электрическая цепь. Электрический разряд, возникающий при размыкании контактов, приводит к их износу и в значительной степени определяет надежность и долговечность аппарата.

             В связи с применением высокочастотной закалки и высокочастотных печей электрические аппараты используются для отключения цепей с частотой тока до 10000 Гц напряжением до 1500 В и токах до 600 - 1000А. Рассмотрим восстанавливающееся напряжение, которое имеет место при отключении таких установок. При частотах порядка 10000 Гц ЭДС источника в процессе восстановления напряжения не постоянна, так как собственная частота рассматриваемых цепей соизмерима с частотой источника. В этом случае напряжение восстанавливающееся на контактах выключателя, выражается формулой:  

,

где Е - амплитуда ЭДС источника; - угловая частота источника питания; - собственная частота колебаний отключаемой цепи; - коэффициент затухания собственных колебаний, p= .                                                                                       

           Для анализа кривой восстанавливающегося напряжения примем ω= Тогда :

.

            В кривой восстанавливающегося напряжения различаются составляющие установившегося режима   и переходного режима . Эти составляющие и результирующая кривая представлены на рисунке 1.1, а. Амплитуда восстанавливающегося напряжения возрастает постепенно по мере затухания переходной составляющей. Максимальная амплитуда восстанавливающегося напряжения равна амплитуде ЭДС источника.

           При отключении чисто активной цепи после погасания дуги на промежутке восстанавливается ЭДС источника и переходная составляющая не возникает (рисунок 1.1, б). Амплитуда напряжения на промежутке появляется через четверть периода источника питания. Если сравнить кривые рисунка 1.1, а и б, то видно, что в случае отключения чисто активной цепи условия восстановления напряжения более тяжелые, чем при отключении чисто индуктивной цепи. Следует отметить, что при частоте 50 Гц к каждому переходу тока через нуль температура дуги спадает на            30 - 50 % максимального значения. Это облегчает условия отключения. При повышенной частоте из-за тепловой инерции дугового разряда такого снижения температуры не наблюдается, что затрудняет гашение дуги. Если частота тока приближается к 10 кГц, то условия гашения дуги переменного тока примерно такие же, как и при постоянном токе. Наиболее эффективным средство гашения дуги при повышенной частоте является применение дугогасящей решетки.

Рисунок 1.1 - Процесс восстановления напряжения при повышенной частоте тока.

 

 

 

 

 

 

 

2.Расчет обмоток герконовых реле.

        Наименее надежным узлом электромагнитного реле является контактная система. Существенным недостатком также является наличие трущихся металлических деталей, износ которых приводит к снижению работоспособности реле.                                                                                                                                                                                                                                    

        Перечисленные  недостатки привели к созданию герметических магнитноуправляемых контактов, которые называются герконы. Принцип действия герконов основан на использовании сил взаимодействия, возникающих в магнитном поле между ферромагнитными телами. При этом силы вызывают деформацию и перемещение ферромагнитных токопроводов электронов.

         Магнитоуправляемый контакт (геркон) представляет собой электрический аппарат, изменяющий состояние электрической цепи посредством механического размыкания или замыкания ее при воздействии управляющего магнитного поля на его элементы, совмещающие функции контактов, пружин и участков электрической и магнитной цепей.

         Важнейшим параметром геркона,  который приводится в его паспорте, является МДС срабатывания , по значению которой можно определить параметры обмотки. Расчетная МДС обмотки:

,

где =1,2-2- коэффициент запаса, учитывающий технологические разброс параметров геркона, допустимые колебания питающего напряжения и изменения сопротивления обмотки при нагреве; - коэффициент, учитывающий взаимное влияние совместно установленных герконов. По опытным данным,, где n- число герконов в реле.

          Рассмотрим случай, когда обмотка  питается от источника напряжения. Диаметр неизолированного провода  обмотки можно найти по формуле:

π/4=q=F/U,

где - удельное сопротивление материала провода обмотки в горячем состоянии; - средняя длина витка обмотки; U- напряжение источника.

         Удельное сопротивление находим по формуле:

=(1+(+)).

        

          Для медного провода = 0,0175· Ом·м при температуре =20°С; -температура окружающей среды, °С; =-- допустимое превышение температуры обмотки, °С; =0,004/°С. Средняя длина витка:

= π= π(++2)/2= π(+),

где =+2(∆+)- внутренний диаметр обмотки; - диаметр баллона геркона; ∆- зазор между баллоном и каркасом; - толщина каркаса катушки управления; - радиальная толщина обмотки.

          Для получения минимальной МДС  срабатывания площадь сечения  обмотки Q и ее радиальная толщина выбираются по соотношениям:

Q=3(L+ π)/8; =Q/≈; =4(L+ π),

где - диаметр стержня КС; L- длина геркона.

          Ориентировочно длина обмотки =(0,25⨪0,5)L. Найденный диаметр округляется до стандартной величины.

          Число витков обмотки

ɷ=/q.

Коэффициент заполнения обмотки  медью  берется по табличным данным для принятого .

          Расчет превышения температуры  обмоток для установившегося режима ведется по формуле:

=P/(),

где - коэффициент теплоотдачи (10 Вт··); - поверхность охлаждения обмотки; P- мощность, выделяемая в обмотке,

P=R=/R=q/(ɷ)=q/(π(+)ɷ.

           Поверхность охлаждения =π(+)...

           Диаметр провода  проверяем из условий нагрева в установившемся режиме:

R=4ɷ/( π)=.

            После выбора проводим поверочный расчет F и с учетом коэффициента заполнения . Если обмотка работает в режиме кратковременного включения, то допустимое время включения:

=Tln/(-+),

где- допустимое превышение температуры; Т- постоянная времени нагрева обмотки.

T=cG/()=,

где с- удельная теплоемкость материала провода; G- масса провода, кг; - плотность материала провода, кг/.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Конструкции разъеденителей и их приводов

            Для внутренних установок, не подверженных воздействию атмосферы и с напряжением, как правило, не выше 20 кВ, наиболее широко распространены рубящие разъединители с движением подвижного контакта (ножа) в вертикальной плоскости.                                                                                                                              

              Для получения электродинамической стойкости контактов необходимо соответствующее контактное нажатие. С ростом тока контактное нажатие и усилие, необходимое для включения, возрастают. При ручных приводах контактные нажатия стремятся брать возможно малыми. С этой целью применяют сдвоенные ножи и электромагнитные замки.                                                        

              Для повышения электродинамической стойкости контактов разъединителей широко используются электродинамические силы, возникающие в токоведущих элементах.

              На рис. 3.1показан трехполюсный разъединитель типа РВ на напряжение 10 кВ и ток 400 А, а на рис. 3.2 — в увеличенном масштабе его контактная система.

 Рис. 3.1- Разъединитель типа РВ

Рис. 3.2- Контактная система разъединителя типа РВ

            Подвижный контакт 1 выполнен в виде двух параллельных шин. При КЗ электродинамическая сила прижимает шины 1 к стойкам неподвижного контакта 2. При номинальном токе контактное нажатие создается пружинами 3, которые воздействуют на подвижный контакт через стальные пластины 4.     

            Магнитный поток, создаваемый проходящим по шинам током, замыкается вокруг них и через стальные пластины 4. В системе возникают электродинамические   силы   такого направления, чтобы   возросла энергия магнитного поля. Пластины приближаются к шинам 1 и попадают в зону более сильного магнитного поля. Электромагнитная энергия при этом возрастает. Таким образом создается сила Р, притягивающая стальные пластины к шинам и увеличивающая контактное нажатие.

            Для управления разъединителями типа РВ применяются рычажные системы с ручным или моторным приводом. В схеме ручного рычажного привода (рис. 3.3) вал разъединителя имеет угол поворота 90°. Рычаг привода имеет угол поворота 150°. Чтобы избежать отключения под действием электродинамических сил, во включенном положении механизм находится в положении, близком к мертвому (шатун 1 и короткий рычаг 2 шарнира О располагаются почти на прямой). Кроме того, включающий рычаг 3 фиксируется в отключенном и включенном положениях с помощью специальных стопоров. При токах более 3 кА рычаг 3 заменяется червячной передачей, что позволяет увеличить действующую на шины силу.

 

 

 Рис. 3.3- Рычажный привод разъединителя

 Рис. 3.5- Пневматический привод разъединителя

         Для дистанционного управления применяются электрические и пневматические приводы. В электрических приводах ось двигателя связывается с выходным рычагом привода через систему червячной передачи.

           В пневматическом приводе отсутствуют громоздкие рычажные передачи и обеспечивается плавный ход контактов (рис. 3.5). Поршневой механизм (цилиндры, поршни) 1, блок пневматических клапанов управления 2 и 3 и электромагниты управления 4 и 5 устанавливаются непосредственно на раме разъединителя. К разъединителю подводятся трубопровод со сжатым воздухом 6 и цепи управления электромагнитами.

           Поршневой механизм проектируется так, что он находится в «мертвом» положении при включенном и отключенном разъединителе. При подаче напряжения на обмотку электромагнита 4 срабатывает клапан включения 2. Верхний цилиндр включения поршневого механизма 1 разобщается с атмосферой, и в него подается сжатый воздух под давлением 0,5—1 МПа. В это время нижний цилиндр 7 отключения через клапан отключения 3 связан с атмосферным воздухом и не препятствует движению нижнего поршня вниз. Под действием сжатого воздуха верхний поршень поворачивает рычаг и связанный с ним вал разъединителя 8, что приводит к замыканию контактов. Аналогично протекает процесс отключения.

          Для наружной установки широко используются разъединители поворотного типа РИД. На рис. 3.6 представлен разъединитель типа РНДЗ-1 на напряжение 220 кВ и номинальный ток 2 кА. На раме 1 смонтированы неподвижные изоляторы 2 и подвижные изоляторы 3, которые могут вращаться вокруг своей вертикальной оси. С подвижным изолятором связаны контакты разъединителя в виде ножей 5, вращающихся в горизонтальной плоскости. Места сочленения подвижных деталей защищены кожухом 4. Для размыкания ножей 5 поворачивается правый изолятор 3, который с помощью тяги 8 поворачивает левый изолятор 3. При необходимости правый нож в положении «отключено» может быть заземлен с помощью дополнительного ножа 7, который вращается в вертикальной плоскости и замыкается с контактом 6. Благодаря механической блокировке заземление возможно только при отключенном положении ножей 5. Разъединители такого типа применяются при напряжении до 750 кВ.

Рис.3.6- Разъединитель типа РНДЗ- 1

 

         Следует отметить, что площадь открытого распредустройства (ОРУ) в значительной степени определяется площадью, занимаемой разъединителями. При напряжении  >330 кВ значительную экономию площади дают подвесные разъединители (рис.3.7). Неподвижный контакт 1 в виде кольца укреплен на изоляторе 2.

 Рис. 3.7- Подвесной разъединитель

 

         В качестве опоры контакта 1 могут использоваться трансформаторы тока или напряжения. Конический подвижный контакт 3 подвешен к гирлянде 4 подвесных изоляторов на стальных тросах 5. Тросы 5 пропущены через блоки 6 на портале 7 и связаны с барабаном электролебедки. Подвижный контакт 3 соединен с токоведущей трубой 9, неподвижный контакт соединен с гибкой шиной 8 либо с контактом аппарата. При включении контакт 3 опускается вниз под действием специального груза, который создает необходимое контактное нажатие. При отключении контакт 3 и связанный с ним груз поднимаются с помощью электролебедки. Такие разъединители разработаны в СССР на напряжение до 1150 кВ и длительные токи до 3,2 кА.