Расчёт истечения воздуха через сопло

5.4. Расчёт истечения воздуха через сопло

при наличии в нём электрической дуги

При решении данной задачи принимаются следующие упрощения:

Параметры неподвижного воздуха в камере не меняются;

Тепловая энергия, выделяемая рассматриваемым участком ствола дуги, непрерывно поступает в газовый поток и равномерно распределяется по всему потоку;

Рассматривается истечение газа без трения.

Для газового потока справедлив закон сохранения энергии, уравнение состояния, уравнение постоянства массового расхода. Из этих соотношений можно получить формулу для расчёта скорости газового потока

с₁ = 8600^.P₀^.S₂/N₀, {4, стр.155, ф.(5-80)}, где

P₀ – давление в камере к моменту зажигания дуги 1,6 МПа;

S₂ - суммарное эффективное сечение отверстий сопел S₂ = 8,414^.10^-3 м²;

N₀ – мощность дуги, равная количеству тепла, подводимого к единице массы газа в единицу времени

N₀ = u_д^.i_д, где

u_д – напряжение на рассматриваемой части ствола дуги, u_д  1000 В;

i_д – ток дуги, в качестве расчётного берётся амплитуда номинального тока отключения

i_д = 2^.I_ном.о = 2^.31,5 = 44,548 кА.

Скорость истечения на внешнем срезе сопла будет равна скорости звука c₀ = 20,1^.T₀ = 20,1^.(273 + 40) = 20,1^.313 = 355,6 м/сек {4, стр.288}.

с₁ = 8600^.1,6^.10^6.8,414^.10^-3/(1000^.44,548^.10³) = 25,989 м/сек.

При отсутствии дуги и расхождении контактов в сопле устанавливается критическая скорость истечения воздуха, равная 355,6 м/сек. При наличии дуги происходит быстрый нагрев воздуха в сопле и подъём давления. В результате скорость истечения воздуха падает; причём чем больше ток, тем сильнее торможение воздушного потока. При определённом значении тока происходит термодинамическая закупорка сопла, когда скорость воздуха падает до нуля. При закупорке сопла дуга не гаснет, т.к. отсутствует необходимый отвод теплоты от неё.

Экспериментально установлено, что для успешного гашения дуги необходимо, чтобы скорость воздуха не опускалась ниже 7-10 м/сек при амплитудном значении тока, что и имеет место в данном случае.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подводя итог своего курсового проекта, в ходе которого был произведён обзор ВВ, рассмотрены основные серии существующих в настоящий момент ВВ, описана конструкция и работа ВВМ-500, произведена проверка изоляции для этого ВК, выполнены токовые расчёты и описаны некоторые вопросы газодинамики ВВМ-500, хочу ещё раз выделить, на мой взгляд, основные причины отказов ВВ, которые и в настоящее время являются «проблемными»:

Утечка сжатого воздуха через концевые и центральные дутьевые сопла ДУ из-за повреждений резиновых уплотнений;

Самопроизвольное отключение полюсов ВК из-за дефектов клапанов отключения;

Самопроизвольные включения;

Разрушения пружин концевых сопел ДУ;

Самопроизвольные понижения давления сжатого воздуха в системе с последующим самопроизвольным восстановлением.

Несмотря на значительный прогресс, достигнутый за последние годы в развитии элегазовых и совершенствовании маломасляных и вакуумных ВК, область применения ВВ пока ещё достаточно обширна. Следующие обстоятельства будут, по-видимому, способствовать даже расширению этой области в ближайшие годы:

В ближайшие годы вряд ли можно ожидать, что токи отключения элегазовых и маломасляных ВК будут превышать 80-100 кА, особенно при напряжениях свыше 35 кВ, в то время как уже сейчас широко применяются генераторные ВВ с током отключения до 250 кА и требуются выключатели на напряжение свыше 750 кВ с током отключения до 100 кА;

Из-за необходимости сжатия элегаза в процессе отключения и вследствие относительно низкой скорости истечения экономически нецелесообразно создавать эти ВК с временем отключения, меньшим, чем два периода, тогда как время отключения ВВ уже теперь технически доступными средствами может быть доведено до одного периода;

Проблемы подогрева элегаза и поддержания высокой герметичности уплотнений при минусовых температурах определяют преимущества ВВ в районах с холодным климатом;

Отключение токов КЗ вблизи мощных источников энергии с высоким содержанием апериодической составляющей также может быть пока осуществлено только ВВ.

Кроме того, даже без учёта этих обстоятельств при напряжениях свыше 420 кВ ВВ пока экономически более выгодны, чем ВК других типов.

ЛИТЕРАТУРА

Афанасьев В. В. Конструкции выключающих аппаратов. Л.: Энергия, Ленинградское отделение, 1969. – 640 с;

Афанасьев В. В., Вишневский Ю. И. Воздушные выключатели. Л.: Энергия, Ленинградское отделение, 1981. – 384 с;

Инструкция воздушных выключателей с воздухонаполненным отделителем серии ВВ-330, ВВ-500 и ВВМ-500 - Е.: Уралэлектротяжмаш, 1985;

Кукеков Г. А. Выключатели переменного тока высокого напряжения. Л.: Энергия, Ленинградское отделение, 1972. – 336 с;

Справочник по электрическим аппаратам высокого напряжения / Под редакцией В. В. Афанасьева. - Л.: Энергия, 1987. - 544 с;

Чунихин А. А., Жаворонков М. А. Аппараты высокого напряжения. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 432 с;

Электрические аппараты высокого напряжения / Под редакцией Г. Н. Александрова. - Л.: Энергоатомиздат, 1989. - 344 с.

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Математический пакет MathCAD 7.0. Copyright^ by MathSoft ^, 1997;

Операционная система DOS 7.0. Copyright^ by Microsoft ^, 1995;

Операционная система Windows’95. Copyright^ by Microsoft ^ 1995;

Программа расчёта контактных узлов CONT. Copyright^ by TVN, 1996;

Табличный процессор Excel 7.0. Copyright^ by Microsoft ^ 1997;

Текстовый редактор Word 7.0. Copyright^ by Microsoft ^ 1997.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Overview Надкритический Режим
Пневматика