Физико-химические свойства элегаза

Уральский энергетический институт

Кафедра «Техники высоких напряжений»

 

 

«Высоковольтный колонковый элегазовый выключатель

U_ном =220кВ, I_ном=3150 А, I_откл=40 кА».

по дисциплине: «Электрические аппараты высокого напряжения»

Пояснительная записка

 

 

Руководитель: Лузгин В.И.

Доц, к.т.н

Выполнил: Васильев А.В.

студент группы ЭН-410202

 

 

Екатеринбург 2015

 

Реферат

Выпускная работа, 71 стр., 26 рис., 13 табл.

ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ, ДУГОГАСИТЕЛЬНАЯ КАМЕРА, КОНТАКТ

В данном дипломном проекте на основании знаний, полученных в университете и информации, полученной при прохождении производственной практики, выполнен расчет колонкового элегазового выключателя. Был выполнен расчет внешней изоляции с расчетом длины изоляционных промежутков. В ходе расчета были рассмотрены особенности элегаза как изоляционной среды, проведен расчет контактных соединений, тепловой расчет токоведущей системы, расчет газодинамических характеристик процесса отключения, расчет механизма аппарата.

 

Оглавление

Реферат. 2

Перечень листов графических документов. 5

1. Введение. 6

1.1. Физико-химические свойства элегаза. 8

2. Технические характеристики и область применения элегазовых выключателей. 10

2.1. Общие сведения. 10

2.2. Технические данные выключателя. 11

2.3. Основные преимущества. 12

2.4. Конструкция и характеристики основных узлов электрических аппаратов. 13

2.4.1. Устройство и работа выключателя. 13

3. Расчёт электрической изоляции. 16

3.1. Расчёт изоляции в сухом состоянии. 18

3.1.1. Конструктивное уточнение размеров промежутков в результате применения стандартных изоляторов. 20

3.2. Проверка промежутков по влагоразрядному напряжению.. 20

3.3. Проверка выбранных изоляционных расстояний по грозовым импульсам. 22

3.4. Проверка выбранных изоляционных расстояний по длине пути утечки. 25

4. Расчёт токоведущей системы.. 27

5. Расчёт розеточного контакта выключателя. 29

5.1. Расчёт контактного нажатия по номинальному току. 29

5.2. Расчёт сил в розеточном контакте при протекании тока короткого замыкания. 30

5.3. Проверка розеточного контакта на термическую стойкость. 33

5.4. Проверка розеточного контакта на термическую устойчивость по эмпирической формуле Буткевича. 36

5.5. Расчет токосъемного розеточного контакта. 36

5.6. Электрический расчёт розеточного контакта. 36

5.7. Тепловой расчет розеточного контакта. 37

6. Расчет распределения температуры по токоведущим элементам.. 39

7. Общие принципы дугогашения. 45

7.1. Конструктивные особенности автогенерационого дугогасительного устройства. 45

7.1. Расчет газодинамических характеристик. 48

7.1.1. Расчёт начальных параметров газа в подпоршневом объёме. 49

7.1.2. Расчёт параметров элегаза на шаге хода поршня ∆zi 49

8. Расчет механизма аппарата. 54

8.1. Кинематическая схема аппарата (от контактов до привода) 55

8.2. Относительная скорость. 57

8.3. Массы звеньев механизма. 61

8.4. Расчет сил сопротивления. 65

8.5. Расчет быстродействия выключателя. 68

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 70

Список литературы: 71

 

Перечень листов графических документов

 

№ п/п	Наименование документа	Обозначение документа	Формат
	Общий вид Выключатель элегазовый колонковый	140400 341415 902 001 ГБ	А1
	Дугогасительное устройство	140400 341415 902 002 СБ	А1
	Распределение температуры по токопроводящему контуру	140400 341415 902 003 ПЛ	А1
	Давление	140400 341415 902 004 ПЛ	А1

 

1. Введение

Выключатели высокого напряжения предназначены для оперативной и аварийной коммутации в энергосистемах, для выполнения операций включения и отключения отдельных цепей при ручном или автоматическом управлении. Во включенном положении выключатели должны пропускать токи нагрузки. Характер режима работы выключателей несколько необычен: нормальным для них считается как включенное положение, когда по ним проходит ток нагрузки, так и отключенное, при котором они обеспечивают необходимую электрическую изоляцию между разомкнутыми участками цепи. Коммутация цепи, осуществляемая при переключении выключателя из одного положения в другое, производится нерегулярно, время от времени, а выполнение специфических требований по включению цепи при имеющемся в ней к.з. либо по отключению к.з. вообще чрезвычайно редко. Выключатели должны надёжно выполнять свои функции, находясь в любом из указанных положений, и одновременно быть всегда готовыми к мгновенному выполнению любых коммутационных операций, часто после длительного пребывания в неподвижном состоянии. Наиболее тяжелым режимом для выключателей является режим отключения тока к.з.

В настоящее время выключатели с элегазовыми дугогасящими устройствами начинают все больше вытеснять масляные, электромагнитные и воздушные выключатели. Дело в том, что ДУ элегазовые не требуют ремонта по крайней мере в течение 20 лет, в то время как в масляных выключателях масло при отключениях загрязняется частицами свободного углерода и, кроме того, изоляционные свойства масла снижаются из–за попадания в него влаги и воздуха. Это приводит к необходимости смены масла не реже 1 раза в 4 года. Дугогасящие устройства электромагнитных выключателей примерно в эти же сроки требуют очистки от копоти, пыли и влаги; ДУ элегазовых выключателей заключены в герметичные оболочки, и их внутренняя изоляция не подвергается воздействию внешней среды. Электрическая дуга при отключениях в элегазе также практически не снижает свойств дугогасящей и изолирующей среды.

Современные выключатели должны обладать коммутационными и механическими ресурсами, обеспечивающими межремонтный период в эксплуатации 15—20 лет. Эти условия трудно выполнимы при традиционных методах гашения дуги в масле или воздухе. Возможности дальнейшего существенного совершенствования выключателей с традиционными способами гашения дуги практически исчерпаны. Однако выпуск этих выключателей пока будет продолжаться из-за того, что технология их изготовления проста и цена их ниже вновь осваиваемых воздушных и элегазовых выключателей.

Одним из быстро развивающихся направлений создания новых конструкций выключателей переменного тока высокого и сверхвысокого напряжения, отличающихся меньшими габаритами и отвечающих требованиям современной энергетики по коммутационной способности и надежности, является применение дугогасящих сред, более эффективных по сравнению с воздухом и маслом. Интенсивное внедрение вакуумной и элегазовой аппаратуры обусловлено тем, что пока не найдено способов эффективного дугогашения, способных конкурировать с дугогашением в элегазе или вакууме. Не получено и новых видов диэлектриков, по электроизоляционным, дугогасительным и эксплуатационным свойствам превосходящих элегаз или вакуум.

Основные достоинства элегазового оборудования определяются уникальными физико-химическими свойствами элегаза. При правильной эксплуатации элегаз не стареет и не требует такого тщательного ухода за собой, как масло.

Элегазовому оборудованию также присущи: компактность; большие межревизионные сроки, вплоть до отсутствия эксплуатационного обслуживания в течение всего срока службы; широкий диапазон номинальных напряжений (6-1150 кВ); пожаробезопасность и повышенная безопасность обслуживания.

Элегазовые выключатели начали усиленно разрабатываться с 1980 г. и имеют большие перспективы при напряжениях 110…1150 кВ и токах отключения до 80 кА. В технически развитых странах элегазовые выключатели высокого и сверхвысокого напряжения (110-1150 кВ) практически вытеснили все другие типы аппаратов. Также ведущие зарубежные фирмы практически полностью перешли на выпуск комплектных распределительных устройств с элегазовой изоляцией (КРУЭ) и элегазовых выключателей для открытых распределительных устройств на классы напряжения 110 кВ и выше.

В данном отчете по практике будут рассмотрены основные свойства элегазовых выключателей, их технические характеристики и конструкция, а также преимущества и недостатки.

Физико-химические свойства элегаза

Шестифтористая сера SF6 (элегаз) относится к «электроотрицательным» газам, получившим такое название из-за способности их молекул захватывать свободные электроны, превращаясь в тяжелые и малоподвижные отрицательно заряженные ионы. Элегаз при нормальной температуре (20°С) и давлении 0,1 МПа представляет собой газ без цвета и запаха. Плотность его почти в 5 раз выше плотности воздуха, скорость звука в нем при температуре 30°С - 138,5 м/с (330 м/с в воздухе). Элегаз обладает низкой теплоемкостью в канале столба дуги и повышенной теплопроводностью горячих газов, окружающих столб дуги (2000 К). Это характеризует элегаз как среду, обладающую высокими теплопроводящими свойствами.

Чистый элегаз негорюч, бесцветен, инертен, нагревостоек до 800°С. Также он не имеет запаха и совершенно не ядовит. В химическом отношении элегаз так же неактивен по отношению к другим веществам, как и азот.

Одним из немногочисленных недостатков элегаза является способность разлагать влагосодержащие синтетические изоляционные материалы при соприкосновении с ними. Поэтому рекомендуется применять в элегазовых констукциях стойкие изоляционные материалы, например тефлон.

К недостаткам элегаза следует отнести высокую температуру сжижения. При давлении 1,5 МПа она составляет всего 6°С. Чтобы избежать сжижения элегаза, в выключателях с высоким давлением гасящей среды предусматривают автоматические нагреватели, поддерживающие постоянную температуру элегаза.

Кроме того, опыт и специальные исследования показали, что под влиянием электрической дуги или коронного разряда (теплоты) происходит разложение элегаза с образованием химически активных соединений. Газообразными продуктами разложения являются низшие фториды сред SF2, SF4.