Аннотация 2
Введение 7
1 Концепция разрабатываемого шунтирующего выключателя 10
1.1 Анализ существующего оборудования 10
1.2 Возможные варианты исполнения 11
1.3 Организация работ с применением шунтирующего выключателя 14
2 Расчёт технических характеристик шунтирующего выключателя 17
2.1 Выбор основных сечений и размеров токоведущих элементов
шунтирующего выключателя 17
2.2 Описание выбранной конструкции 21
2.3 Тепловой расчёт шунтирующего выключателя на ток 150 кА 27
2.4 Формуляр теплового расчёта шунтирующего выключателя на ток 150
кА 32
2.5 Проверочный тепловой расчёт шунтирующего выключателя на ток 150
кА 36
3 Расчёт электродинамической стойкости шунтирующего выключателя на
ток 150 кА 42
3.1 Основные соотношения 42
3.2 Расчётный формуляр 42
Заключение 47
Список используемой литературы 49
«Всё нарастающие темпы применения электрических аппаратов требуют их большего количества, однако простое увеличение их числа тоже не решает вопроса. С ростом потребности в них увеличивается требования к их характеристикам: уровню напряжений и рабочих токов, уменьшению габаритов и весов, повышению быстродействия коммутационных и релейных аппаратов (убыстрения отключения повреждённых участков цепи), устойчивости и надёжности в эксплуатации при увеличении срока службы.
Совокупность всех этих требований ставит перед конструкторами и научными работниками всё новые требования к пересмотру существующих типов аппаратов и созданию более совершенных. Такая работа может успешно проводиться только на базе достаточно ясных представлений о физической сущности явлений, протекающих в электрических аппаратах, и умении применять законы электротехники при расчётах и проектировании элементов аппаратов» [7].
«Исходным сырьём для электрохимического получения металлического алюминия в промышленных масштабах служит оксид алюминия» [9]
На химических и металлургических предприятиях для получения алюминия и другой продукции используются электролизёры с номинальным током 150 кА, которые соединены в последовательную электрическую цепь (Чертёж 4). Такая электрическая цепь может состоять из нескольких десятков или сотен электролизных установок. «Измерение электрического тока, протекающего через замкнутую электрическую цепь, выполняется с помощью амперметра. Амперметр применяется при проверке электрической цепи под напряжением, причём он подключается последовательно с измеряемой цепью» [2]
В процессе эксплуатации электролизёры требуют замены. Чтобы заменить вышедший из строя электролизёр, его необходимо обесточить. Для этого снимают токовую нагрузку всего цеха, то есть отключают выпрямительную подстанцию. Затем электролизёр шунтируют ошиновкой и включают нагрузку вновь.
Такой способ замены электролизёра приводит к снижению производительности цеха, так как во время операции шунтирования электролизёра непрерывность технологического процесса нарушается.
Чтобы не нарушать технологический процесс, необходимо зашунтировать электролизёр, требующий замены, не отключая ток нагрузки остальных электролизёров. С этой целью используется шунтирующий выключатель (Чертёж 5).
«Выключатели и переключатели служат для ручного включения и отключения, переключения цепей бытовых и промышленных электроустановок» [13]
При подключении такого выключателя параллельно электролизёру ток нагрузки пойдёт через него, так как сопротивление выключателя в 20 раз меньше, чем самого электролизёра. После ремонта электролизёра его опять включают в цепь, а шунтирующий выключатель отключают, и ток нагрузки пойдёт через электролизёр.
Технологический процесс получения алюминия невозможен без применения больших токов (до 150 кА), поэтому и шунтирующий выключатель, который мог бы быть использован в этом случае, также должен быть рассчитан «на ток нагрузки 150 кА» [21].
Поэтому была поставлена задача о разработке шунтирующего выключателя на номинальный ток 150 кА для применения его на химических предприятиях по получению алюминия и хлора.
«Разработка электрической, технологической, строительной и санитарно—технической частей проекта ведётся совместно, с соблюдением всех действующих нормативов по каждому направлению. Электрическое оборудование устанавливается таким образом, чтобы его эксплуатация и обслуживание не вызывали затруднений, при этом обеспечивалось эффективное энергоснабжение технологических установок» [8].
Кроме того, разрабатываемый шунтирующий выключатель должен быть с воздушным охлаждением, поскольку применение воды на химических предприятиях по электролизному производству алюминия может в высокой степени привести к аварии на предприятии.
Помимо этого, массогабаритные характеристики выключателя должны быть достаточно приемлемы для перемещения данного устройства в цеху силами личного состава предприятия. «Эксплуатацию электроустановок должен осуществлять подготовленный электротехнический персонал» [3] При этом шунтирующий выключатель должен быть полностью безопасен при эксплуатации при условии абсолютного соблюдения правил техники безопасности.
В результате не большого анализа, проведённого с целью выявить недостатки Российской производства высоковольтных приборов и аппаратов для нужд промышленного производства металлов путём электролиза, был разработан, рассчитан и спроектирован БШВС—1500—Большой
Шунтирующий Выключатель Сильноточный на ток 150 кА.
Преимущества шунтирующего выключателя:
— все детали шунтирующего выключателя имеют простую конструкцию, технологичны в изготовлении и не требуют сложного производственного оборудования, то есть шунтирующий выключатель можно изготовить непосредственно в механических цехах самих химических предприятий,
— шунтирующий выключатель имеет небольшие габаритные размеры и требует небольшие усилия на включение и отключение, что упрощает работу обслуживающего персонала,
— в конструкции шунтирующего выключателя не предусмотрено применение трансформаторного масла и водяного охлаждения, что исключает его пожароопасность и решает вопрос о применении его при получении алюминия, так как при получении алюминия применение использование воды не допускается из-за возможности взрыва.
Помимо этого, электролизный цех по производству алюминия будет запитываться от действующей электроэнергетической системы согласно следующей схеме—Чертёж 6. Даная схема является принципиальной и так же требует расчёта, согласно установочных данных.
В шунтирующем выключателе предусматривается применение пневматического устройства для замыкания и размыкания контактов устройства. Пневматическое устройство имеет простую конструкцию и высокое быстродействие. Из любой полости пневматического устройства можно обеспечить истечение сжатого воздуха в атмосферу. Недостатки пневматического устройства связаны со сжимаемостью газа, как рабочей среды.
Помимо этого, выключатель предусматривает наличие предохранительных систем, обеспечивающих надёжную установку в двух крайних положениях—включённом или выключенном, и не допускающим самопроизвольного перевода из одного положения в другое.
В процессе разработки выключателя был произведен короткий обзор существующего высоковольтного оборудования (в том числе и зарубежного) с целью использования его в процессе электролизного производства алюминия. Было выявлено, что аналогов у данного выключателя не имеется.
Так же был произведён расчёт основных технических характеристик выключателя, выбор концепции изготовления, произведён тепловой расчёт основных токоведущих частей выключателя и выполнен расчёт электродинамической стойкости прибора.
По результатам вышеперечисленных расчётов данный выключатель имеет удовлетворительные характеристики и может быть предложен для создания и применения по прямому назначению.
