МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе

___________________

«___» _________________ 2014 г.

КОНСТРУКЦИИ ЭЛЕКУТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Методические указания к лабораторным работам

Екатеринбург

2014

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ МАЛОМАСЛЯНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ

Цель работы – изучение конструкции и характеристик малообъемного 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

П риводной 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.

В ыпрямляющий 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 ∙dα ∙ = F_к∙dH, или

М = (F_к /)(dH/dα),

Рис.1.3. Кинематическая схема механизма

где М – момент, создаваемый на валу приводного механизма,

F_к – включающее усилие на подвижном контакте,

 – 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/dα.

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 Гц частота вибраций якоря составляет 2f и, следовательно, расстояние Н между двумя максимумами на виброграмме соответствует промежутку времени 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 Н за время движения контактов t определяется по формуле υ_ср = Н/t.