ВЛИЯНИЕ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ, СОЗДАВАЕМЫХ АВАРИЙНЫМИ ТОКАМИ, НА ОТКЛЮЧЕНИЕ ПРИВОДА С МАГНИТНОЙ ЗАЩЕЛКОЙ

1 Введение
2 Обзор литературы
3 Постановка задачи
3.1 Устройство и принцип работы ЭМП
3.2 Система уравнений
3.3 Численная модель
4 Намагничивание ЭМП
5 Влияние внешнего магнитного поля на ЭМП
5.1 Влияние внешнего стационарного магнитного поля на ЭМП
5.2 Влияние внешнего импульсного магнитного поля на ЭМП
5.2.1 Влияние внешнего импульсного магнитного поля на ЭМП с разомкнутой
катушкой
5.2.2 Влияние внешнего импульсного магнитного поля на ЭМП с замкнутой
накоротко катушкой
6 Трехмерная постановка задачи
7 Выводы
8 Список литературы
Купить

В высоковольтных электросетях возникают ситуации, когда необходимо размыкать или
замыкать участки цепи. Для этой цели предусмотрены высоковольтные выключатели,
которые и служат для коммутации электрического тока. Необходимость размыкания
контактов возникает при изменении действующей схемы или ликвидации аварий. Для
корректной работы высоковольтного выключателя должна присутствовать возможность
быстрого автоматического и механического контроля процессов включения и отключения.
Также задачей высоковольтного выключателя является обеспечение непрерывного
протекания электрического тока в номинальном режиме. Процессы замыкания и размыкания
цепи сопровождаются возникновением электрической дуги между контактами, поэтому для
ее гашения предназначена вакуумная дугогасительная камера (ВДК). Гашение может
происходить в различных средах: воздухе, масле, элегазе, вакууме. По этому признаку
различают виды высоковольтных выключателей.
К основным преимуществам вакуумных выключателей относят высокую надежность и
износостойкость, низкие затраты на обслуживание, отсутствие необходимости обслуживания
контактов вакуумной камеры, компактный размер.
Конструкцию трехфазного вакуумного выключателя (рис. 1) составляют три
одинаковых полюса, соединенные синхронизирующим валом. Особенностью полюса
является расположение на одной оси ВДК и электромагнитного привода (ЭМП). Главные
контакты, расположенные в ВДК, составляют верхний неподвижный электрод и нижний
электрод, соединенный тяговым изолятором с ЭМП, который контролирует движение
электрода, за счет чего и происходит размыкание электродов в ВДК.4
Рис. 1. Вакуумный выключатель.
Работа ЭМП основана на осуществлении преобразования электромагнитной энергии в
механическую. Конструкция ЭМП включает в себя катушку и магнитную систему,
состоящую из подвижной (якорь) и неподвижной (статор) частей (рис. 2). При пропускании
электрического тока через катушку формируется магнитное поле в пространстве, под
действием которого якорь движется к статору. Ток на катушку подается от блока
управления, содержащего батарею конденсаторов. Магнитная система выполняется из
ферромагнитных материалов.
Согласно нормирующим стандартам вакуумный выключатель во включенном
состоянии должен быть устойчив к внешним воздействиям, которые могут препятствовать
его исправной работе. Во включенном положении коммутационного модуля через элементы
главной цепи (рис. 3) протекает электрический ток, создающий магнитное поле вокруг
проводников. Величина магнитного поля напрямую зависит от величины протекающего
тока. Поэтому большой интерес представляет ситуация протекания токов короткого
замыкания, которые образуют сильные магнитные поля. Номинальный ток отключения
короткого замыкания может составлять около 20 кА, а электродинамической стойкости — 50
кА. В связи с близостью расположения ЭМП и токоведущих шин магнитное поле может
размагнитить ЭМП, из-за чего произойдет его несанкционированное отключение.
Для проверки соответствия существующим стандартам по электродинамической
стойкости проводят квалификационные испытания. При этом обеспечивают протекание
токов короткого замыкания через главные цепи, чтобы конфигурация созданного магнитного
поля была наиболее жесткой по отношению к коммутационному модулю. Для успешного
прохождения подобных испытаний ЭМП не должен разомкнуться и отключить
коммутационный модуль.
В связи с большим разнообразием геометрии ошиновок и ЭМП проведение таких
ресурсоемких экспериментов затруднено. Поэтому для упрощения проведения испытаний
предварительно необходимо провести расчет воздействия внешним магнитным полем (МП)
на ЭМП. Наиболее удобным способом такого расчета является численное моделирование,
которое позволит оценить зависимость влияния МП разной конфигурации на параметры
(распределение магнитной индукции в системе и силу удержания) ЭМП.
Рис. 2. Коммутационный модуль.
1 – место расположения ЭМП, 2 – токоведущие шины.6
Целью настоящей работы является изучение влияния внешнего магнитного поля на
параметры (распределение магнитной индукции, поля, магнитная сила) ЭМП.
Для выполнения поставленной цели было произведено решение ряда задач методом
конечных элементов, позволяющее по заданной геометрии ЭМП, известному состоянию
остаточной намагниченности и параметрам внешнего магнитного поля рассчитать изменение
силы удержания ЭМП.
Задачи работы:
 моделирование «упрощенного» процесса намагничивания ЭМП (постановки на
магнитную защелку), соответствующего реальному включению ЭМП с
использованием двухимпульсной схемы включения (замыкание катушки на
батарею конденсаторов, пауза, домагничивание ЭМП током от батареи);
 моделирование воздействия внешним магнитным полем на включенный ЭМП:
 влияние стационарного однокомпонентного внешнего магнитного поля;
 влияние импульсного однокомпонентного внешнего магнитного поля;
 сравнение влияния стационарного внешнего магнитного поля разных
пространственных компонент;
К особенностям моделирования относится учет влияния проводимости материала
магнитопровода, за счет чего под действием магнитного поля в нем возникают
индуцированные токи, препятствующие изменению магнитного потока. Индуцированный
ток оказывает влияние на распределение магнитного поля, таким образом воздействуя на
конечное распределение магнитных полей в ЭМП. Не менее важным явлением для
ферромагнетиков оказывается магнитный гистерезис. Этот нелинейный эффект проявляется
зависимостью магнитной индукции от магнитного поля, причем учитывается как текущая
намагниченность материала, так и его предыстория. Учет гистерезиса позволяет рассчитать
остаточную «намагниченность» (пространственное распределение полей B,H при
выключении тока) магнитной системы ЭМП и остаточную магнитную силу, действующую
между якорем и статором. Поэтому в текущей работе необходимо учитывать этот эффект.
Купить