HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN : MÁY NGẮT ĐIỆN CAO ÁP part 9 pptx

181 Chú ý đến phương trình (8-27) từ (8-31) sẽ nhận được : 2 1 0 0 00 − ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = k t t CC γ γ Và phương trình (8-30) có dạng: 2 1 0 2 1 0 0 + − −= k t k t dt d γ γ α γ (8-33) Trong đó: 1 01 570 V CF, =α Với các điều kiện ban đầu 00 0 γ γ = = t ;t nghiệm của phương trình này có dạng: () 1 2 0 0 1 2 1 − ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ −+ = k t k tα γ γ (8-34) Trên cơ sở (8-27) ta nhận được quan hệ giữa áp suất và thời gian: () 1k 2k 0 0t 1k 2 t 1 p p − ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ −+ = α (8-35) Dưới chế độ dưới tới hạn cách tính về sự chảy có thể tiến hành với mức độ chính xác trên cơ sở của các hệ thức sau: cons t a = = γ γ 1 (8-36) () tf p p p p t t a t === β 00 1 (8-37) dt d kdt d t k k t at β β γγ 1 0 + − −= (8-38) ( ) 1 010 V CF dt d att γ β ϕ γ −= (8-39) Giải liên hợp (8-38) và (8-39) ta được: () ∫ = = + = t , t k k t t n d CkF V t ββ β βϕβ β 530 1 01 1 (8-40) Tương tự như trên, phương trình (8-40) giải bằng phương pháp đồ thị tích phân. Trong kết quả của tính toán xác định được quan hệ: Hình 8-8. Sơ đồ để tính thể tích tối thiểu của bình chứa. P 0t , γ 0t , θ F 2 V 1 F 1 P a F 1 >F 2 182 ( ) tf t = β Theo quan hệ tìm được và sử dụng phương trình: t a t p p β = 0 (8-41) Ta xác định hành trình của sự thay đổi áp suất trong thể tích làm việc, trong thời gian của quá trình này trị số t β thay đổi trong khoảng: 1530 < ≤ t , β . 8.5. Sự BƠM ĐầY KHÔNG GIAN LÀM VIệC HÌNH TRụ CủA Bộ PHậN CƠ KHÍ CHUYểN ĐộNG BằNG HƠI Sơ đồ tính toán của bộ phận cơ khí chuyển động bằng hơi nêu ở hình 8-9. Không khí nén có các tham số ban đầu 000 θ γ ,,p qua lỗ F vào không gian làm việc hình trụ, pít tông càng chuyển động thể tích hình trụ càng thay đổi. Trong trường hợp này quá trình bơm đầy, áp suất không khí trong đó được xác định bằng các tham số và đặc tuyến cơ khí của pít tông và của hệ thống di động (khối lượng qui đổi của hệ thống di động, trị số và đặc tuyến của các lực ma sát , ). Bài toán của hệ thống này thường tiến hành: 1) Xác định sự thay đổi áp suất của không khí trong không gian làm việc hinh trụ theo thời gian. 2) Xác định tốc độ chuyển động và đường chuyển dịch của pít tông cho từng thời điểm. Giải bài toán này là giải liên hợp các phương trình biểu thị quá trình bơm đầy không khí nén vào một số thể tích biến thiên và phương trình chuyển động của hệ thống được xét có tham số cho trước. Trong trường hợp bơm đầy không tính đến s ự trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh (như giả thiết) các phương trình cơ bản biểu thị sự bơm đầy vào thể tích biến thiên có hai dạng sau: Hình 8-9. Sơ đồ để tính sự chuyển động pít tông của bộ phận cơ khí chạy bằng hơi. V t P o g o I o F V t , P t , g t , I t F o m( ) 183 + Các phương trình về số lượng khí trong thể tích V t tại thời điểm t và về lưu lượng khí đi qua lỗ F: dt dV dt d VG dt dQ ;VQ t t t tt t ttt γ γ γ +=== (8-42) ∫ += t tt VdtGQ 0 00 γ (8-43) Trong đó: V 0 là thể tích ban đầu của không gian làm việc. γ 0 : Khối lượng riêng ban đầu của khí. + Phương trình cân bằng nhiệt. ttttt dpAV)IG(ddtIG − = 0 (8-44) Trong đó :I 0 và I t là entropi của khí trong bình chứa và trong hình trụ. A: đương lượng nhiệt. Trên cơ sở (8-44) và hệ thức : γ p . k kA I 1− = Trong đó k: hệ số mũ đẳng nhiệt, ta biến đổi phương trình (8-41) đưa về dạng: ) p p (k dt d . p k dt dp Q G t t t t t tt t t γγ γ γ γ − − = 0 0 (8-45) Trong tính toán lưu lượng G t được xác định trên cơ sở của các phương trình đã nêu tương ứng với các chế độ trên tới hạn và dưới tới hạn: 00 570 γ C.F.,G tth = ( ) 00 γ β ϕ FCG tdth = 0 p p t =β và () β ϕ : tốc độ không đơn vị, giá trị của nó có thể xác định theo các đường cong hình 8-3. Phương trình chuyển động là phương trình cơ bản của hệ thống được xét, giới thiệu nó trong dạng chung như sau: () () () ( ) [ ] () () xm xpFp dx xmd v x2m 1 v xm xh dt dv 0t 22 ∑ − =++ (8-46) Trong đó: v : tốc độ chuyển dịch của pít tông. m(x) : khối lượng chuyển dịch của tất cả hệ thống di động qui đổi về pít tông. h(x) : lực chống rung qui đổi về tốc độ của pít tông (tốc độ bằng đơn vị). 184 () px ∑ : tĩnh lực quy đổi tác động vào pít tông ở các vị trí khác nhau x. pF t0 : áp lực của không khí nén tác động vào diện tích làm việc của pít tông F 0 tại thời điểm t. Hệ các phương trình (8-45) và (8-46) trong dạng chung không giải được, cho nên giải bài toán phải tiến hành bằng phương pháp số. Ở dưới sẽ cho một trong các phương pháp số tính gần đúng của hệ thống đang xét. Để tính ta cần phải biết: các tham số của không khí trong bình chứa 000 θ γ ,,p ; các tham số và đặc tính cơ học và hình học của hệ thống, cũng như các tham số của không khí trong bình trụ tại thời điểm pít tông bắt đầu đẩy. Ta xác định các tham số sau cùng này trên cơ sở của phương trình (8-46) với các điều kiện ban đầu: tv dv dt == =00 0;; nghĩa là: () p px F t0 0 0 = ∑ () px 0 ∑ : lực tĩnh qui đổi tác động vào pít tông tại thời điểm đẩy. Theo các giá trị tìm được p t0 ta xác định γ 0t , cũng như tính sự bơm đầy thể tích ban đầu V 0 tại thời điểm đẩy pít tông dưới chế độ chảy nào đó. Với khoảng thời gian thứ nhất cho trước 1 t Δ và thể tích ban đầu 0 V ta tìm được giá trị cuối cùng về khối lượng riêng của không khí trong hình trụ theo phương trình: 0 0 1 0 00 1 γ Δ γ Δ γ += + = V tG V VtG tt t và tiếp theo: 01 10 1 1 V G ttdt d ttt t t ≈ − == Δ γγ Δ γ Δ γ Với các khoảng thời gian tiếp sau các phương trình này có dạng: ⎪ ⎪ ⎭ ⎪ ⎪ ⎬ ⎫ ≈ + = t ttn tn ntn tn V G dt d V VtG γ γΔ γ 00 (8-47) Hình 8-10. Để tính giai đoạn thứ nhất về sự bơm đầy buồng dập hồ quang của máy ngắt BB-110. V 2 V 1 F 1 185 Nhận thấy rằng, trong mỗi khoảng thời gian n t Δ các giá trị ttt G,,p γ không thay đổi, ta có thể tính được trị số áp suất theo phương trình: () [ ] () () nnnnnn tDkB nt tDkB nn nn tn epe DkB CB p ΔΔ −− − −− +− − = 1 1 (8-48) Trong đó: ⎪ ⎪ ⎪ ⎭ ⎪ ⎪ ⎪ ⎬ ⎫ = = + = tntn tn n tnn tnt tn n V G kD p kC VtG G B n γ γ γ γΔ 0 0 00 (8-49) Phương trình về sự chuyển động (8-45) đối với khoảng thời gian ngắn n t Δ có thể tính một cách gần đúng như sau: 222 avb dt dv =+ (8-50) Trong đó: () () xm xpFp a t ∑ ± = 0 và ( ) () xm xh b = Nghiệm của phương trình này đối với n v ở cuối khoảng thời gian n tΔ có dạng: () ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ += −− − 11 1 1 nn n n nnn varthtthv η ω ω Δω η (8-51) Trong phương trình này có: n n nnnn a b ;ba == ηω 1 1 1111 − − −−−− == n n nnnn a b ;ba ηω Các kí hiệu n-1 và n tương ứng với các khoảng thời gian trước và đang xét 1−n t Δ và n tΔ . 186 Tốc độ trung bình của sự chuyển động pít tông trong các khoảng n t Δ tìm theo phương trình: 2 1 nn trb vv v + = − và tương ứng với nó gia tốc về hành trình của pít tông được xác định theo: ntrbn t.vx ΔΔ ≈ Khi đó thể tích không gian làm việc V tn ở cuối khoảng thời gian đang xét được xác định theo biểu thức: ∑ = = += ni i ttn VxFv 0 00 Δ (8-52) Giá trị V tn tìm được từ (8-52) phải bằng giá trị đã nhận trong các phương trình (8-48) và (8-49). Khi giải bằng con số trong trường hợp các trị số này không trùng nhau thì tính lặp lại và tìm sự gần đúng lần hai của tất cả các trị số. Trong kết quả của tính toán dựng các đường cong: ( ) ( ) tfx;tfp t 1 = = và ( ) tfv 2 = và tìm được thời gian pít tông chuyển động hoàn toàn. Trong thực tế thiết kế có thể có các trường hợp đơn giản hơn, khi các giá trị p(x), m(x) và lực ma sát trong quá trình chuyển động ít thay đổi và xem như không đổi. Trong trường hợp này phương trình (8-46) có dạng đơn giản hơn: m ppFp dt dv tt τ − − = 0 (8-53) p t : tĩnh lực tác động về phương diện cơ học vào pít tông. p τ : lực ma sát. Khi đó tính tốc độ chuyển động của pít tông ở cuối khoảng thời gian đang xét n tΔ có thể tiến hành theo phương trình: 1 0 − + − − = nn tt n vt m ppFp v Δ τ (8-54) còn lại cách tính sự bơm đầy vẫn giống như trường hợp trước. Trong một số trường hợp có thể gặp các điều kiện về bơm đầy và chuyển động pít tông đơn giản hơn, biểu hiện bằng các phương trình đơn giản. Trong các trường hợp này xét sơ lược các trường hợp tính từng bộ phận như: hệ thống tiếp điểm, pít tông c ủa buồng dập hồ quang, đĩa van, 8.6. VÍ Dụ TÍNH Sự BƠM ĐầY BUồNG DậP Hồ QUANG CủA MÁY NGắT KHÔNG KHÍ ĐIỆN ÁP 110KV Hình 8-11. Để tính giai đoạn thứ hai về sự bơm đầy buồng dập hồ quang của máy ngắt BB-110. F 2 V 1 F 1 V , 2 F , 1 187 Tính toán và dựng đường cong áp suất không khí trong buồng dập hồ quang của máy ngắt không khí khi bơm đầy trong quá trình mở. 1. Các tham số cho trước Thể tích bình chứa V 1 =1,3m 3 . áp suất ban đầu của không khí trong bình chứa p 0 =20 at. Đường kính của lỗ van bình D=17cm. Số nắp mũ thổi và đường kính của các lỗ: hai nắp mũ với d 1 =55mm (hình trụ), hai nắp mũ với d 2 =30mm (hình nón). 2) Tính tiết diện hiệu ứng của các lỗ Hệ số thu hẹp các lỗ van chính ta lấy μ=0,45. Vậy tiết diện: 22 422 1 10021 4 1017450 4 m., ,D F − − === ππ μ Nhân cho các nắp mũ tiếp điểm μ 1 =0,5 và μ 2 =0,7 ta tìm tổng tiết diện hiệu ứng các lỗ của nắp mũ: () ( ) ][m;0,33.10.100,7.3.100,5.5,5 2 dd 2 F 2242422 22 2 112 −−− =+=+= π μμ π 3) Tính sự đồ đầy khi các nắp mũ đóng ở chế độ trên tới hạn Sơ đồ tính toán ở hình 8-10. Thể tích được bơm đầy ở giai đoạn thứ nhất: V 2 = 6.10 -2 m 3 . 188 Cách tính được tiến hành phù hợp với các phương trình (8-7) và (8-10) theo công thức tính toán: k k bâ bât tpp ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ −= γ γ α 0 2 1 Trong trường hợp này p bđ =1 at, θ bđ =293 0 K 3 4 bâ bâ bâ 1,17kg/m 29,3.293 1.10 R p === θ γ 3 4 0 0 23,5kg/m 29,3.293 20.10 R p === θ γ ] s 1 [33, 6.10 .345100,57.1,02. V .C0,57.F 2 2 2 01 2 === − − α Khi đó công thức tính toán có dạng: () 41 6251 , t tp −= Theo công thức này tính và dựng phần đầu của đường cong hình 8-14. Chế độ trên tới hạn kết thúc khi 10,5a t 0,523p=p 0t ≈ . Tương ứng với nó thời gian s,.t 3 1 108 − ≈ . 4) Tính sự bơm đầy khi các nắp mũ đóng ở chế độ dưới tới hạn Sơ đồ tính toán ở hình 8-10. Áp suất được tính theo phương trình (8-16) bằng phương pháp đồ thị tích phân. Muốn vậy ta bắt đầu tìm: ] s 1 [81,5 6.10 .34501,4.1,02.1 V CkF 2 2 2 01 == − − Để tính ta sử dụng đường cong tích phân hình 8-5. Đoạn đường cong về áp suất đối với chế độ này cũng được dựng ở hình 8-14. Thời gian của chế độ này rất ngắn s,.t 3 2 102 − ≈ , vì trong lúc đó các nắp mũ mở và giai đoạn thứ hai của sự bơm đầy bắt đầu. 5) Tính giai đoạn thứ hai của sự bơm đầy Hình 8-12. Giai đoạn thứ hai của sự bơm đầy buồng dập quang của máy ngắt BB-110. 1) Khi 20 1 2 , F F = 2) Khi 0,4 F F 1 2 = 3) Khi 60 1 2 , F F = 4) Khi 80 1 2 , F F = β 0,1 0,2 0,3 0,4 0 06 07 08 09 1,0 1 2 η(β) 05 3 4 189 Sơ đồ tính toán cho ở hình 8-11. Trong hành trình của giai đoạn này có sự thu hẹp không khí ở chỗ chuyển từ ống thổi vào buồng dập hồ quang. Tính đến điều đó cần phải lấy thể tích ruột bên trong của buồng dập hồ quang ' V 2 làm thể tích V 2 ; tiết diện lỗ ra từ ống vào buồng dập hồ quang F 1 ' làm tiết diện F 1 . Trong trường hợp này: 0,6 F F ;m5.10F;m1,2.10V ' 1 2 23' 1 32' 2 ≈== −− Tính toán được tiến hành trên cơ sở của phương trình (8-25), giá trị của số nhân trong phương trình này: [s],0,5.10 .3451,4.50.10 1,2.10 CkF V 2 4 2 0 ' 1 ' 2 − − − == Trong hình 8-12 xây dựng quan hệ của: () () k k ' F F , 1 1 2 570 − −= βββϕβη Theo đó ở hình 8-13 ta xây dựng hàm số trong dấu tích phân của phương trình (8- 23) () () β βη f= 1 , theo hàm số này với giá trị ban đầu: 650, bâ = β chúng ta tìm quan hệ của () tf t 1 =β và sau đó ( ) tfpp tt 20 = = β Trong hình 8-14 xây dựng đoạn đường cong tương ứng với giai đoạn thứ hai của sự bơm đầy. Khoảng thời gian t 3 tương ứng với giai đoạn này. Quá trình kết thúc ở thời điểm 3214 tttt ++= , khi đó van thổi đóng lại. Ở hình 8-14 người ta dựng đường cong thực nghiệm cho máy ngắt đó với các điều kiện tương tự. So sánh các đường cong này thấy rằng chúng trùng nhau. Hình 8-13. Để tính giai đoạn thứ hai của sự bơm đầy buồng dập hồ quang của máy ngắt BB-110. Hàm số trong dấu tích phân () () β βη f= 1 khi 0,6 F F 1 2 = . β 6 8 10 12 4 06 07 08 09 1,0 )(βη 1 05 190 Hình 8-14. Sự thay đổi áp suất trong buồng dập hồ quang của máy ngắt không khí BB-110 khi ngắt. 1) Đường cong tính toán. 2) Đường cong thực nghiệm: t 0 : thời gian mở van thổi. t 1 : thời gian của chế độ trên tới hạn. t 2 : thời gian của chế độ dưới tới hạn . t 3 : giai đoạn thứ hai của sự bơm đầy. t[10 - 2 s] 4 6 8 12 0 2 4 6 8 10 16 P t [] 1 2 t 3 t 4 t 2 t 1 t 0 [...]... Khi xác định lực điện động tác động vào từng chi tiết của bộ phận cơ khí, ta sử dụng các thông số tính toán chung về lực điện động trong hệ thống dẫn điện của máy ngắt, điều này chúng ta đã nghiên cứu ở trên (xem chương 3) Bảng 9- 3a: Các đặc tính cơ của máy ngắt điện cao áp Kiểu máy ngắt Kiểu truyền động MKÐ-160 MKÐ-274 MÊÊ-223 MÊÊ-2 29 MÊÊ-5 29 ÐC-30 MÐM-108 ÐC-30 ÐC-30 ÐC-30 Điện áp định mức, kV 110... 0,07 0, 09 0,12 0,15 0,13 0,14 0,31 0,30 0,25 0,25 0, 29 2,00 1,70 1,60 2,20 2,00 2,20 2,20 1,60 2,20 2,00 0,05 0,05 0,05 0,05 0,06 0,62 1,35 0,60 0,58 0,68 - 295 - 330 340 Bảng 9- 3b: Các đặc tính cơ của máy ngắt điện cao áp MÊ-35 BB-110 BB110/600 CP-1001 10/1000 ÐC-20 - - - Kiểu máy ngắt Kiểu truyền động Điện áp định mức, kV 38 110 110 10 Dòng điện định mức, A 600 600 600 1000 - 0 0 55 - 15 95 285 -...CHƯƠNG 9 CƠ CẤU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ CỦA MÁY NGẮT ĐIỆN CAO ÁP 9. 1 CÁC SƠ Đồ ĐộNG HọC CủA TRUYềN ĐộNG CƠ KHÍ Trong máy ngắt cao áp sự chuyển dịch các hệ thống tiếp điểm động theo hành trình cho trước với tốc độ cho sẵn khi đóng và ngắt được thực hiện gián tiếp bằng các bộ phận cơ khí, chúng đóng được là nhờ... phận cơ khí 2) Tính động lực của bộ phận cơ khí và xác định các đặc tính của lò xo mở và của các thiết bị chống rung 3) Tính kiểm tra độ bền cơ khí các chi tiết của bộ phận cơ khí 4) Xác định các kích thước kết cấu của các lò xo mở 5) Xác định các tham số chủ yếu của các thiết bị chống rung 6) Tính mômen tĩnh trên trục chính của máy ngắt khi đóng 7) Xác định mômen trên trục của máy ngắt khi cho trước... - - 9. 3 TÍNH TOÁN ĐộNG LựC HọC CủA HỆ TRUYềN ĐộNG CƠ KHÍ Mở BằNG LÒ XO 1 Khái niệm Trong thiết kế máy ngắt, tính toán động lực của truyền động cơ khí hay xác định sự chuyển động theo các lực tác động, xác định lực tác động theo sự chuyển động cho trước Vị trí đóng (h= a 0) Điểm quy đổi h a b a0 Vị trí ngắt h0 Vị trí đó Vị trí ắ Hành trình pít h5 tông chống rung Bộ truyền động Hình 9- 7 Sơ đồ tính toán. .. b) a) 7 6 8 6 1 c) 1 d) Hình 9- 1 Các sơ đồ nguyên lí động học về các bộ phận cơ khí của máy ngắt Quan hệ động học của hệ thống tiếp điểm với bộ phận làm việc truyền động (phần ứng điện từ, pít tông, lò xo điều tiết, ) thực hiện bằng các phương pháp khác nhau phụ thuộc vào kiểu của máy ngắt và kiểu của truyền động Các sơ đồ nguyên lí động học của máy ngắt cao áp ở hình 9- 1a, b, c, d Sơ đồ a, khi mở... lực một xà ngang cách điện hay thanh kéo 194 Ở một số kết cấu của máy ngắt dầu hiện đại, trong các bộ phận cơ khí kiểu a và b, bộ phận truyền động cơ khí nhiều khâu khớp được thay thế bằng hệ thống truyền động thủy lực như ở hình 9- 4 9. 2 CÁC THAM Số CHO TRƯớC Để TÍNH TRUYềN ĐộNG CƠ KHÍ Mở BằNG LÒ XO Trong trường hợp chung tính toán truyền động cơ khí mở bằng lò xo gồm các phần: 1) Tính sơ bộ độ bền cơ... m (t - t 1 ) - Âäúi t 1 < t < t 2 : h = våïi ⎬ 2 ⎪ 2 ⎪ a2 a1t 1 2 − 2v m t 1 − (t − t 1 − t 2 ) ⎪ - Âäúi t 2 < t < t 1 : h = våïi 2 2 ⎭ 198 Đường cong v=f(h) xây dựng bằng phương pháp như thế ở ν[ m / s] hình 9- 6 Trong khi xây dựng đặc 6,0 tuyến ban đầu về tốc độ mở (và đóng) ta sử dụng các thông số 5,0 trong bảng 9- 3 của các đặc tuyến cơ một số kết cấu máy ngắt cao áp 4,0 5) Các đặc tuyến cơ của hệ... 2718-54), têx-tô-líc (như trong ΓOCT 291 0-51) và các tấm bằng gỗ, ví dụ DCΠ-∋ (BT 500-54) có độ bền cơ khí cao Hiện nay người ta chế tạo được nhiều hợp chất polime dẻo có chất lượng cao về cách điện và độ bền cơ khí cao Trong tương lai, nhờ đặc tính độ bền cơ cao và trọng lượng riêng nhỏ, các vật liệu này sẽ được áp dụng để gia công các chi tiết bộ phận cơ khí của máy ngắt Khi xác định tiết diện bề mặt... kiểu a và b được sử dụng rộng rãi trong các máy ngắt dầu máy tự sinh khí và một số máy ngắt không khí Các bộ phận cơ khí kiểu c và d sử dụng ưu việt trong các ngắt không khí Các kết cấu của máy ngắt không khí đã nghiên cứu ở chương 4 Tác động nhanh và hành trình của các điểm động ngắn là đặc điểm ưu việt của các bộ phận cơ khí này Đạt được tác động nhanh là nhờ áp dụng truyền động bằng hơi và trọng lượng . chung về lực điện động trong hệ thống dẫn điện của máy ngắt, điều này chúng ta đã nghiên cứu ở trên (xem chương 3). Bảng 9- 3a: Các đặc tính cơ của máy ngắt điện cao áp Kiểu máy ngắt MKÐ-160. t 1 t 0 191 CHƯƠNG 9 CƠ CẤU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ CỦA MÁY NGẮT ĐIỆN CAO ÁP 9. 1. CÁC SƠ Đồ ĐộNG HọC CủA TRUYềN ĐộNG CƠ KHÍ Trong máy ngắt cao áp sự chuyển. kg.m - 295 - 330 340 Bảng 9- 3b: Các đặc tính cơ của máy ngắt điện cao áp Kiểu máy ngắt MÊ-35 BB-110 BB- 110/600 CP-1001 10/1000 Kiểu truyền động ÐC-20 - - - Điện áp định