|
Содержание работы или список заданий
|
ЗАДАНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
Задание 1. Расчет клапанного электромагнита
Электромагнитным механизмом называют электромагнитные системы, в которых при изменении магнитного потока происходит перемещение подвижной части системы. Электромагнитные механизмы по спо¬собу перемещения якоря подразделяют на электромагниты клапанного и соленоидного типа, а также и с поперечно-двигающимся (вращающимся) якорем.
В контрольной работе предлагается: определить приближенно размеры клапанного электромагнита, если при рабочем зазоре δ, м и длительном режиме работы он развивает силу РЭ, Н. Исходные данные для решения задачи приведены в табл. 1. Клапанный электромагнит постоянного тока представлен на рисунке 1.
Таблица 1. Исходные данные для выполнения задания 1
Вариант Сила, развиваемая электро-магнитом, РЭ,Н Рабочий зазор δ, м Вариант Сила, развиваемая электро-магнитом, РЭ,Н Рабочий зазор δ, м
1 5 0,2 11 8 0,3
2 5,3 0,21 12 8,3 0,31
3 5,6 0,22 13 8,6 0,32
4 5,9 0,23 14 8,9 0,33
5 6,2 0,24 15 9,2 0,34
6 6,5 0,25 16 9,5 0,35
7 6,8 0,26 17 9,8 0,36
8 7,1 0,27 18 10,1 0,37
9 7,4 0,28 19 10,4 0,38
10 7,7 0,29 20 12 0,39
Рис. 1. Клапанный электромагнит постоянного тока:
1 - ярмо (корпус); 2 - сердечник; 3 - намагничивающая катушка; 4 - полюсный наконечник (шляпка); 5 - якорь;
Пример выполнения задания № 1
Определить приближенно размеры клапанного электромагнита, если при рабочем зазоре δ = 0,25∙10−2 м и длительном режиме работы он развивает силу РЭ = 5 Н (рис. 1).
Решение
Вычислив показатель ПК из формулы:
,
ПК=∙ (1)
Выбираем согласно табл. 2 клапанный электромагнит.
Таблица 2. Данные для выбора типа электромагнитов постоянного тока
Тип электромагнита ПК, Н 0,5/м
Броневой с плоским стопом и якорем 5000 - 28000
Броневой с якорем и стопом конической формы с углом при вершине 900 1600 - 5300
То же, с углом при вершине 600 380 - 1600
Клапанный электромагнит с П-образным магнитопроводом 840 - 8400
Соленоидный электромагнит < 2,8
Далее по кривой 2, рис. 2. определяем индукцию Вδ=0,265 Тл.
Рис. 2. Зависимости параметров электромагнитов от конструктивного показателя: 1 − индукция в рабочем зазоре броневого электромагнита с плоским стопом; 2 — индукция в рабочем зазоре клапанного электромагнита; 3— отношение длинны катушки к её толщине в броневом электромагните с плоским стопом
Площадь полюсного наконечника (шляпки) находим из формулы для электромагнитной силы Максвелла:
;
Sшл=2∙4π∙10-7∙5/0,2652=1,79∙10-4м2;
тогда диаметр
dшл=
По формуле:
,
где − поток на соответствующем участке магнитной цепи, Вб; − площадь его поперечного сечения находим поток:
Φδ=0,265•1,79•10-4=0,47•10-4 Вб,
а затем по формуле:
,
задавшись коэффициентом рассеяния σ = 1,3, находим поток в сердечнике:
Фс = 13•0,47•10−4=0,61•10−4 Вб.
Задаемся значением Вс = 0,8 Тл и из
находим площадь
Sc=0,61•10−4/0,8=0,76•10−4 м2;
тогда диаметр
Длину цилиндрической бескаркасной катушки при длительном режиме работы определяют по формуле:
,
где Fy – установившееся значение МДС катушки, А;
, (1)
где kз – коэффициент запаса, равный 1,1 ÷ 1,2, МДС троганья определяется:
, (2)
где kп – коэффициент, учитывающий падение магнитного потенциала в рабочем зазоре, равный 1,2….1,5; Fδ – падение магнитного потенциала в рабочем зазоре:
(3)
где = 4π 10−7 Гн/м
Для нахождения размеров электромагнита, приняв коэффициенты kп=1,25 и kз = 1,4, определим с помощью формул, (1),(2) и (3):
Задавшись коэффициентами kзм=0,6; kт=10 Вт/(м2•°С); n = 4 и превы-шением температуры ( ϑдоп - ϑo)=70°С (ρϑ = 2,34•10−8 Ом•м), находим:
,
при этом
,
диаметр катушки
Используем рекомендуемые соотношения размеров: ширина ярма bяр = Dк; толщина ярма аяр≥Sс/bяр; ширина якоря (над шляпкой) bя≥dшл, площадь сечения якоря Sя= (0,5...0,8)Sc; толщина якоря ая=Sя/bя; толщина hшл≥dс/4. Вычисляем искомые размеры:
,
где
Производя проверочный расчет магнитной цепи и обмоточных данных, можно уточнить выбранные коэффициенты и искомые размеры.
Ответ: dшл=
Задание 2. Определение защитных свойств вентильного разрядника
Грозозащита изоляции подстанции от набегающих по линиям электропередачи волн грозовых перенапряжений осуществляется вентильными разрядниками или нелинейными ограничителями перенапряжений, которые устанавливаются в определенных местах и подсоединяются к шинам и заземлению подстанции.
В контрольной работе предлагается:
• по заданным параметрам гирлянды изоляторов ЛЭП определить наибольшую амплитуду волны грозового перенапряжения, набегающей с ЛЭП на шины подстанции;
• графоаналитическим методом определить защитные свойства заданного вентильного разрядника при набегании волны грозового перенапряжения на разрядник;
Пример выполнения расчетно-графической работы дан в приложении.
Вариант задания для определения защитных свойств вентильного разрядника находится по списочному составу группы (Табл. 3).
Таблица 3. Исходные данные вариантов задания
Вари-ант Напряжения ЛЭП,
UНОМ, кB Количество отходящих
ЛЭП, N Тип изолятора гирлянды ЛЭП Длина фронта
волны перенапряжения
на ЛЭП τф, мкс Тип разрядника на подстанции
1. 220 2 ПС16-Б 3 РВС-220
2. 150 3 ПС16-А 1,5 РВС-150
3. 110 3 ПФ6-Б 2 РВС-110
4. 150 2 ПС12-А 2,5 РВМГ-150
5. 220 2 ПФ6-А 3 РВМГ-220
6. 110 2 ПФ6-Б 1,5 РВМГ-110
7. 110 2 ПС6-А 2,5 РВС-110
8. 35 3 ПС 12-А 1,5 РВС-35
9. 220 2 ПФ20-А 2,5 РВМГ-220
10. 150 3 ПС16-А 1,5 РВМГ-110
11. 150 2 ПФ6-А 2,5 РВС-150
12. 220 4 ПС16-А 1,5 РВМГ-220
13. 35 2 ПС6-А 2 РВМ-35
14. 220 3 ПС12-А 3 РВС-220
15. 110 4 ПФ16-А 1,5 РВМГ-110
16. 150 3 ПС 6-А 2,5 РВС-150
17. 35 3 ПФ6-В 1,5 РВС-35
18. 150 3 ПФ6-Б 2 РВМГ-150
19. 35 3 ПФ6-Б 2 РВМ-35
20. 35 2 ПФ6-А 1,5 РВМ-35
Пример выполнения задания № 2
На подстанции UH = 110 кВ установлен разрядник типа РВС – 110. Количество отходящих линий N = 2. Длина фронта набегающей волны перенапряжения τф =2 мкс. Волновое сопротивление ЛЭП Z1 = 400 Ом. Гирлянды линии электропередачи собраны из шести изоляторов типа ПФ16 – А.
1. Определяем строительную длину гирлянды изоляторов (табл. 4):
LГ =Н n = 173 6 = 1038 мм.
Таблица 4. Данные для определения количества изоляторов в гирлянде и длины гирлянды
Строительная Количество изоляторов в гирлянде
Тип высота (n) при номинальном напряжении
изолятора изолятора ЛЭП, кВ
Н, мм 35 110 150 220
ПФ6-А 167 3 7 9 13
ПФ6-Б 140 3 7 10 14
ПФ6-В 140 3 7 9 13
ПФ16-А 173 - 6 8 11
ПФ20-А 194 - - - 10
ПС6-А 130 3 8 10 14
ПС 12-А 140 3 7 9 13
ПС16-А 180 - 6 8 11
ПС16-Б 170 - 6 8 12
2. Для значения LГ = 1038 мм по рисунку 3 находим U50% = 620 кВ. Это значение U50% соответствует наибольшей амплитуде вол¬ны грозового перенапряжения, набегающей по ЛЭП на шины под¬станции. Следовательно,
Рис. 3. Импульсные 50 %-е разрядные напряжения гирлянд изоляторов без арматуры: 1 − изоляторы типов ПС, ПВ (кроме ПФ6-А); 2 − изоляторы типа ПФ6-А
3. Рассчитываем вольтамперную характеристику разрядника РВС – 110 по уравнению:
UР = С .
Значения коэффициента αi для первой и второй областей вольтамперной характеристики берем из табл. 5.
Таблица 5. Данные для построения вольтамперной характеристики разрядников
Тип разрядника Iсопр, А I1, А I2, А α1 α2
РВС 90 470 940 0,34 0,14
РВМГ 250 1060 2120 0,29 0,16
4. Определяем коэффициент C1 для первой области вольтамперной характеристики (Iр < 470 А) при α1 = 0,34 значении токов IР = Iсопр= 90 А и напряжений UР = UГАШ = 100000 В (табл. 5 и 8):
C1 = UОСТ / = 100000/900,34 =21654,9.
Рассчитываем значение коэффициента С2 для второй облас¬ти (10 кА > Iр ≥ 1 кА) при α2 =0,14, токе координации IР=3000 А и соответствующем ему значении остающегося на¬пряжения UР =315000 В (табл. 5 и 8):
С2 =UОСТ / = 315000/30000,14 =102686,6.
Результаты расчетов сводим в табл. 6 и 7.
Таблица 6. Значения Up для первой области вольтамперной характеристики
IP, A 100 200 300 400
UР, В 103646,9 131191,7 150583,5 166056,8
Таблица 7. Значения Uр для второй области вольтамперной характеристики
IP, A 1000 1500 2000 2500 3000
UР, В 270093,3 285868,7 297617,2 307061,5 315000,1
5. Определяем защитные свойства разрядника, рассчитывая графоаналитическим методом изменение напряжения на разряднике и изменение тока, протекающего через разрядник, при набегании с ЛЭП на разрядник косоугольной волны перенапряжения (рис. 4) с τф = 2 мкс и UMAXПАД = 620 кВ.
Принципиальная схема подключения разрядника и расчетная схема замещения с сосредоточенными параметрами приведена на рисунке 4 где введены следующие обозначения:
а б
Рис. 4. Набегание волны перенапряжения на разрядник РВ
по ЛЭП с волновым сопротивлением Z1: а – принципиальная схема
подключения разрядника; б – расчетная схема замещения; ИП – искровой промежуток разрядника РВ; R – нелинейное сопротивление разрядника
Волновое сопротивление линии принято равным Z1, = 400 Ом .
Из рисунка 4 б видно, что до пробоя ИП напряжение на разряднике равно UР(t) = 2UПАД(t). После пробоя ИП напряжение на разряднике становится равным
UР (t) = 2UПАД(t) – iР (t) Z1.
В первом приближении принимаем, что пробой ИП наступает при увеличении UР(t) до значения равного импульсному пробивно¬му напряжению разрядника, которое для разрядника типа РВС – 110, равно 285 кВ (табл. 8).
Таблица 8. Справочные данные вентильных разрядников различных типов
Группа разрядника Тип разрядника Номиналь-ное напряже-ние разрядника Напряжение гашения (действующее значение) Импульсное пробивное напряжение при времени 1,5-20 мкс, Напряжение остающееся Uост, кВ, при импульсном
токе с амплитудой, кА
UНОМ, кВ UГАШ, кВ UПР.ИМ.,
кВ 3 5 10
2 РВС-35 35 40,5 116 97 105 116
3 РВС-110 110 100 285 315 335 367
3 РВС-150 150 138 375 435 465 510
3 РВС-220 220 200 530 630 670 734
1 РВМ-35 35 40,5 108 80 87 98
2 РВМГ-110 110 100 260 245 265 295
2 РВМГ-150 150 138 370 340 370 410
2 РВМГ-220 220 200 515 475 515 570
Графическое построение UР(t) и iР(t) показано на рис. 6 (приложение). Изменение 2UПАД(t) построено при τФ = 2 мкс и рассчитанном значении напряжения UMAXПАД = 620 кВ. Вольтамперная характери¬стика разрядника построена по данным табл. 6 и 7. Участок вольтамперной характеристики между током IР = 470 А и током IР = 1000 А построен произвольно с помощью лекала. Остальные построения можно определить по рис. 6, (приложение) и дополнительных пояснений к ним не требуется.
Из рисунка 6 (приложение) видно, что после пробоя ИП (tПР) напряжение на разряднике резко снижается. При этом наибольшее напряжение на разряднике или остающееся напряжение UОСТ на превышает 310 кВ и по сравнению с UMAXПАД = 620 кВ оно снижается в два раза, становясь ниже импульсного испытательного напряжения трансформатора более чем в полтора раза (UТИ = 480 кВ). Однако фактическая величина перенапряжений на изоляции трансформатора зависит еще от длины ошиновки, присоединяющей разрядник к трансформатору, т.е. от места установки разрядника.
Форма волны грозового импульса перенапряжения, падающей с ЛЭП на шины подстанции, приведена на рисунке 5.
Рис. 5. Форма волны грозового перенапряжения, набегающей
с ЛЭП на шины подстанции
Значение UMAXПАД (рис. 5) берется равным импульсному 50%-му разрядному на¬пряжению гирлянды изоляторов (рис. 3).
Волновое сопротивление линии электропередачи Z1 принять равным 400 Ом.
Среднюю высоту подвеса проводов ЛЭП на номинальное на¬пряжение 35, 110, 150 и 220 кВ принять соответственно равной 8, 10, 12 и 14 м.
Значения импульсных испытательных напряжений трансформатора приведены в таблице 9.
Таблица 9. Исходные данные для расчета допустимого напряжения на внутренней изоляции трансформатора
Номинальное напряжение трансформатора UНТ, кВ 35 110 150 220
Испытательное напряжение трансформатора при полном грозовом импульсе UПИ , кВ 200 480 550 750
|