Обеспечение надежной работы электрического и электромеханического оборудования. КР. Контрольная работа По дисциплине Обеспечение надежной работы электрического и электромеханического оборудования Вариант 11 Зачётная книжка 19001626

• Название: Контрольная работа По дисциплине Обеспечение надежной работы электрического и электромеханического оборудования Вариант 11 Зачётная книжка 19001626
• Анкор: Обеспечение надежной работы электрического и электромеханического оборудования
• Дата: 10.04.2022
• Размер: 450.78 Kb.
• Имя файла: КР.docx
• Тип: Контрольная работа; #460009

Министерство просвещения Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования

«Российский государственный профессионально-педагогический университет»

Институт инженерно-педагогического образования

Кафедра энергетики и транспорта

Контрольная работа

По дисциплине: «Обеспечение надежной работы электрического и электромеханического оборудования»

Вариант № 11

Зачётная книжка №19001626


Выполнил:

студент гр. Бр- 313СЭЭ

Малакотин А.А.
г. Екатеринбург

2022г.

Задание 1. Расчет клапанного электромагнита

Электромагнитным механизмом называют электромагнитные системы, в которых при изменении магнитного потока происходит перемещение подвижной части системы. Электромагнитные механизмы по способу перемещения якоря подразделяют на электромагниты клапанного и соленоидного типа, а также и с поперечно-двигающимся (вращающимся) якорем. В задании 1 предлагается: определить приближенно размеры клапанного электромагнита, если при рабочем зазоре δ, м и длительном режиме работы он развивает силу , Н. Исходные данные для решения задачи приведены в таблице 1. Клапанный электромагнит постоянного тока представлен на рисунке 1.

Таблица 1 – Исходные данные для выполнения задания 1

Вариант	Сила, развиваемая электро-магнитом, РЭ,Н	Рабочий зазор δ, м
11	8,0	0,3

Решение

Определить приближенно размеры клапанного электромагнита, если при рабочем зазоре δ = 0,30∙10−2 м и длительном режиме работы он развивает силу Рэ = 8,0 Н.

Вычислив показатель Пк из формулы:


Выбираем согласно таблице 2 клапанный электромагнит с параметрами 840 – 8400



Далее по кривой 2 (рисунок 2) определяем индукцию Вδ=0,265 Тл.



Площадь полюсного наконечника (шляпки) находим из формулы для электромагнитной силы Максвелла:




тогда диаметр



По формуле:



где − поток на соответствующем участке магнитной цепи, Вб;

− площадь его поперечного сечения.

Находим поток:



а затем по формуле:



задавшись коэффициентом рассеяния σ = 1,3, находим поток в сердечнике:



Задаемся значением Вс = 0,8 Тл и из:



находим площадь:



тогда диаметр



Длину цилиндрической бескаркасной катушки при длительном режиме работы определяют по формуле:



где – установившееся значение МДС катушки, А. ,

(1)

где – коэффициент запаса, равный 1,1 ÷ 1,2, МДС троганья определяется:

(2)

где kп – коэффициент, учитывающий падение магнитного потенциала в рабочем зазоре, равный 1,2….1,5;

Fδ – падение магнитного потенциала в рабочем зазоре:

(3)

где

Для нахождения размеров электромагнита, приняв коэффициенты kп=1,25 и kз = 1,4, определим с помощью формул, (1), (2) и (3):



Задавшись коэффициентами =0,6;

==10 Вт/(м2·°С);

n = 4 и превышением температур ( = 70°С

= 2,34·10−8 Ом·м), находим:



При этом



Диаметр катушки





Используем рекомендуемые соотношения размеров и вычисляем их:

ширина ярма

толщина ярма

где

ширина якоря (над шляпкой)

площадь сечения якоря

м²

толщина якоря

толщина

Производя проверочный расчет магнитной цепи и обмоточных данных, можно уточнить выбранные коэффициенты и искомые размеры.

Ответы:

Задание 2. Определение защитных свойств вентильного разрядника

Грозозащита изоляции подстанции от набегающих по линиям электропередачи волн грозовых перенапряжений осуществляется вентильными разрядниками или нелинейными ограничителями перенапряжений, которые устанавливаются в определенных местах и подсоединяются к шинам и заземлению подстанции. В задании предлагается: по заданным параметрам гирлянды изоляторов ЛЭП определить наибольшую амплитуду волны грозового перенапряжения, набегающей с ЛЭП на шины подстанции; графоаналитическим методом определить защитные свойства заданного вентильного разрядника при набегании волны грозового перенапряжения на разрядник; Пример выполнения расчетно-графической работы дан в приложении. Вариант задания для определения защитных свойств вентильного разрядника находится по списочному составу группы (таблица 3).

Таблица 3 – Исходные данные вариантов задания

Вари-ант	Напряжения ЛЭП, UНОМ, кB	Количество отходящих ЛЭП, N	Тип изолятора гирлянды ЛЭП	Длина фронта волны перенапряжения на ЛЭП τф, мкс	Тип разрядника на подстанции
11	150	2	ПФ6-А	2,5	РВС-150

На подстанции Uн = 150 кВ установлен разрядник типа РВС-150.

Количество отходящих линий N = 2.

Длина фронта набегающей волны перенапряжения

Волновое сопротивление ЛЭП Z1 = 400 Ом.

Гирлянды линии электропередачи собраны из девяти изоляторов типа ПФ6-А

Определяем строительную длину гирлянды изоляторов (таблица 4).





2. Для значения по рисунку 3 находим

Это значение соответствует наибольшей амплитуде волны грозового перенапряжения, набегающей по ЛЭП на шины подстанции.

Следовательно, .



3. Рассчитываем вольтамперную характеристику разрядника РВС-150 по уравнению:

U_Р = С .

Значения коэффициента α_i для первой и второй областей вольтамперной характеристики берем из таблицы 5.

Таблица 5 – Данные для построения вольтамперной характеристики разрядников

Тип разрядника	Iсопр, А	I1, А	I2, А	α1	α2
РВС	90	470	940	0,34	0,14
РВМГ	250	1060	2120	0,29	0,16

4. 
   Определяем коэффициент C₁ для первой области вольтамперной характеристики (I_р< 470 А) при α₁ = 0,34значениитоков I_Р = I_сопр= 90 А и напряжений U_Р = U_ГАШ = 138000 В (таблицы 5 и 8).
   

C₁ = U_ОСТ / = 138000/90^0,34 = 29883,85

Рассчитываем значение коэффициента С₂ для второй облас­ти (10 кА >I_р ≥ 1 кА) при α₂ =0,14, токе координации I_Р=3000 А и соответствующем ему значении остающегося на­пряжения U_Р =435000 В (таблицы5 и 8).

С₂ =U_ОСТ / = 435000/3000^0,14=141805,24

Результаты расчетов сводим в таблицы6 и 7.
Таблица 6 –Значения U_p для первой области вольтамперной характеристики

IP,A	100	200	300	400
UР, В	143033,1	181045,09	207805,85	229159,01

Таблица 7 –ЗначенияU_р для второй области вольтамперной характеристики

IP, A	1000	1500	2000	2500	3000
UР, В	372985,8	394770,83	410994,94	424037,12	435000,1

1. 
   Определяем защитные свойства разрядника, рассчитывая графоаналитическим методом изменение напряжения на разряднике и изменение тока, протекающего через разрядник, при набегании с ЛЭП на разрядник косоугольной волны перенапряжения (рисунок4) с τ_ф = 2 мкс и U_MAX^ПАД=620 кВ.
   

Принципиальная схема подключения разрядника и расчетная схема замещения с сосредоточенными параметрами приведена на рисунке,4 где введены следующие обозначения:

а б


Рисунок4 –Набегание волны перенапряжения на разрядникРВ

по ЛЭП с волновым сопротивлениемZ₁:

а – принципиальная схема подключения разрядника; б – расчетная схема замещения; ИП – искровой промежуток разрядника РВ; R– нелинейное сопротивление разрядника
Волновое сопротивление линии принято равным Z₁, = 400 Ом.

Из рисунка4б видно, что до пробоя ИП напряжение на разряднике равно U_Р(t) = 2U_ПАД(t).После пробоя ИП напряжение на разряднике становится равным

U_Р (t) = 2U_ПАД(t) – i_Р (t) Z₁.

В первом приближении принимаем, что пробой ИП наступает при увеличении U_Р(t) до значения, равного импульсному пробивно­му напряжению разрядника, которое для разрядника типа РВС – 150, равно 375 кВ (таблица 8).
Таблица 8 –Справочные данные вентильных разрядников различных типов

Группа разрядника	Тип разрядника	Номиналь-ноенапряже-ние разрядника	Напряжение гашения (действующее значение)	Импульсное пробивное напряжение при времени 1,5-20 мкс,	Напряжение, остающееся Uост, кВ, при импульсном токе с амплитудой, кА
		UНОМ,кВ	UГАШ,кВ	UПР.ИМ.,кВ	3	5	10
2	РВС-35	35	40,5	116	97	105	116
3	РВС-110	110	100	285	315	335	367
3	РВС-150	150	138	375	435	465	510
3	РВС-220	220	200	530	630	670	734
1	РВМ-35	35	40,5	108	80	87	98
2	РВМГ-110	110	100	260	245	265	295
2	РВМГ-150	150	138	370	340	370	410
2	РВМГ-220	220	200	515	475	515	570

Графическое построение U_Р(t) и i_Р(t) показано в приложении. Изменение 2U_ПАД(t) построено при τ_Ф = 2 мкс и рассчитанном значении напряжения U_MAX^ПАД = 620 кВ.Вольтамперная характери­стика разрядника построена по данным таблиц6 и 7. Участок вольтамперной характеристики между током I_Р=470 А и током I_Р=1000 А построен произвольно с помощью лекала. Остальные построения можно определить по приложению и дополнительных пояснений к ним не требуется.

Из приложениявидно, что после пробоя ИП (t_ПР) напряжение на разряднике резко снижается.При этом наибольшее напряжение на разряднике или остающееся напряжение U_ОСТ на превышает 310 кВ и по сравнению с U_MAX^ПАД=620 кВ оно снижается в два раза, становясь ниже импульсного испытательного напряжения трансформатора более чем в полтора раза (U_ТИ=480 кВ). Однако фактическая величина перенапряжений на изоляции трансформатора зависит еще от длины ошиновки, присоединяющей разрядник к трансформатору, т.е. от места установки разрядника.

Форма волны грозового импульса перенапряжения, падающей с ЛЭП на шины подстанции, приведена на рисунке 5.


Рисунок 5 – Форма волны грозового перенапряжения, набегающейс ЛЭП на шины подстанции
Значение U_MAX^ПАД (рисунок 5) берется равным импульсному 50%-му разрядному на­пряжению гирлянды изоляторов (рисунок 3).

Волновое сопротивление линии электропередачи Z₁ принять равным 400 Ом.

Среднюю высоту подвеса проводов ЛЭП на номинальное на­пряжение 35, 110, 150 и 220 кВ принять соответственно равной 8, 10, 12 и14 м.

Значения импульсных испытательных напряженийтрансформатора приведены в таблице 9.
Таблица 9 – Исходные данные для расчета допустимого напряжения на внутренней изоляции трансформатора

Номинальное напряжение трансформатора UНТ, кВ	35	110	150	220
Испытательное напряжение трансформатора при полном грозовом импульсе UПИ , кВ	200	480	550	750

ПРИЛОЖЕНИЕ


Учебно-методическое обеспечение дисциплины

1. 
   Обеспечение надежности сложных технических систем [Электронный ресурс]: учебник для вузов [Гриф Санкт-Петербургского государственного университета] / А. Н. Дорохов [и др.] – Санкт-Петербург: Лань, 2016. – 348 с. - Режим доступа: http://e.lanbook.com/view/book/86013/.
   
2. 
   Юркевич В. В. Надежность и диагностика технологических систем: учебник для вузов [Гриф Минобразования РФ] / В. В. Юркевич, А. Г. Схиртладзе. – Москва: Академия, 2011. – 295 с.
   
3. 
   Малафеев С. И. Надежность технических систем. Примеры и задачи [Электронный ресурс]: учебное пособие для вузов [Гриф УМО] / С. И. Малафеев, А. И. Копейкин. – Санкт-Петербург: Лань, 2016. – 313 с. - Режим доступа: http://e.lanbook.com/view/book/87584/.
   
4. 
   Лисунов Е. А. Практикум по надежности технических систем [Электронный ресурс]: учебное пособие для вузов [Гриф УМО] / Е. А. Лисунов. - 2-е изд., испр. и доп. – Санкт-Петербург: Лань, 2015. – 239 с. - Режим доступа: http://e.lanbook.com/view/book/56607/.