Введение к работе
Актуальность теми Усложнение условий эксплуатации аппаратов контроля и сигнализации, в частности, расширение области их применения за счёт использования в сельских распределительных сетях приводит х повышению требований к указанным аппаратам. Это в свою очередь является причиной усложнения и удорожания существующих полупроводниковых, электромеханических, электронных и других конструкций данного класса аппаратов.
Альтернативой такому развитию рассматриваемых устройств в ряде случаев может стать применение более простых по конструкции электрических аппаратов, использующих нетрадиционные подходы Так, устройства контроля, работающие на іидргалектромагнитном пргощипе, в основе которого лежит влияние магнитного поля на жидкое рабочее тело, имеют ряд достоинств по сравнению с аппаратами, в настоящее время выпускающимися промышленностью: повышенный ресурс работы, высокую надёжность, отсутствие необходимости прсфтэктического обслуживания.
Цзимером такого рода устройств является ферроітадроданамический указатель тока короткого замыкания (ФУТКЗ), сохраняющий информацию о прохождении токов короткого замыкания через точку его установки в течение заданного времени. Однако использование существующих разработок такого типа не представляется возможным из-за несоответствия их технических характеристик особенностям сельских раатределительных сетей. Таким образом, необходимо создание ФУТКЗ с новыми техническими характеристиками, к числу которых относятся: повышенная чувствительность за счёт совершенствования элжтромагнитной системы, возможность регулировки по времени возврата и току срабатывания, предотвращение ложных пусков при успешном автомагическом повторном включении линии, достаточный диапазон рабочих температур и дистанционное получение информации о состоянии индикатора
Связь работы с научными программами, планами, темами. Диссертационная работа выполнена в соответствии с темами отраслевькнаучно-техшмеаак программ, одобренных научно-гфактяческим совещанием «Совершенствование управления и автоматизации сельских распределительньк сетей». Загцищаемая работа подготовлена на базе тематических планов НИР и ИКТР ДонГТУ по договорам с предприятиями электрических сетей ГАЭК «Донецкоблэнерго».
Цель работы. І^льто диссертационной работы является разработка методики расчёта и создание феррогадродинамического датчика контроля тока повышенной чувствительности с бескотактной передачей информации о его пороговом значении, практическая реализация которого осуществляется в виде указателя тока короткого замыкания для воздушных линий (ВЛ) электропередач. .
Основные задачи исследования:
Согласно поставленной цели исследований в работе необходимо было решить такие основные вопросы
-обосновать цезіесообразность разработки рассматриваемого аппарата, наметить туги его совершенствования;
-получить математические модели для расчета параметров магнитных цепе дифференциальных характеристик магнитного поля в межполюсном пространств* также электромагнитных многомерных усилий, влнякпгих на ферросуатензию; пр ложить методику идентификации магнитных свойств ферромагнитных компонен дисперсной фазы суспензии, решить задачу расчета динамических режимов УПС двухмерной постановке с учетом процессов магнитоожижения;
-разработать технические и конструктивные решения, которые позволяют п менить ФУГКЗ в сетях с гюздушными линиями, для чего магнитную систему ориен ровать горизонтально относительно оси токоведущего элемента, а полюсные након ники выполнить согласно результатов теоретических расчетов с использованием j работанных математических моделей;
-снизить пороговый ток срабатывания указателя, разработать методы регули вания его характеристик по току срабатывания и времени возврата, составить щ регулировок;
-разработать функпионалыгую систему огггоэлектронного датчика с автомати ской передачей сигнала о срабатывании устройства.
Шея работы заключается в том, что на основе разработанных математичеа моделей и установленных закономфностей выбраны и согласованы параметры к нитной системы, полкхнькнаконечников, ферросуспензии и электронного порогові устройства, что позволяет увеличить чувствительность указателя с целью уменыпег порогового значения тока срабатывания.
Научная новизна полученных результатов:
-предложена класафжвционная схема существующих устройств контро применяемых при отыскании повреждённых участков воздушных линий распреда тельных сетей, согласно которой гмоматриватотся различные способы воздейсгп параметров аварийных режимов на функциональные элементы таких устройств, * позволяет определить перспективные направления их совершенствования;
-определены новые аналитические зависимости для расчета электромагнита клиновидными полюсами с применением эквивалентной многоконгурной схемы метения, отличающиеся тем, что межпсшюсное пространство представлено ин тральной совокупностью элементарных фигур, дли которых впервые определены м нитные проводимости (усечённый конус, полый усечённый конус, призма с перемі ными размерами оснований);
-разработана математическая модель магнитного поля указателя с использоваї ем метода конечных элементов, в которой представлено решение задачи в нелинейн постановке с учётом реальных характеристик магнитных материалов, и которая об печивает возможность оценки влияния осевых размеров элементов путём аппроксге ции треугольных призм набором пластин, что позволяет установить взаимосвязи п метрических параметров активных размеров магнитной системы указателя, а таю исходя из разработанного вариационного подхода, выполнен синтез профиля поли пых наконечников, при котором достигается заданная чзвсгвительность в режиме ЬС
-получен интегральньш критерий, состоящий в статисгической оценке верти-ьных усилий, позволяющий по статическим характеристикам электромагнита ТКЗ прогнозировать его динамические показатели;
-впервые предложена методика идентификации магнитной воспрішмчивосш росуспетии и её отдельных высокодисперсньк частиц, основанная на законе пол-о тока, что даёт возможность повысить точность моделирования динамических имев устройства;
-обоснована структура оптоэлектронного датчика индикатора и возможные ролы его работы в зависимости от состояния контролируемой линии, вследствие чего ширены функциональные возможности устройства (самовозврат по току и времени эзможностыо регулирования последнего, а также бесконтактная передача инфор-ии о пороговом значении).
Практическое значение полученных результатов заключается в том, что:
-разработаны и реализованы в виде компьютерных программ алгоритмы расчёта тределения магнитного поля в рабочем зазоре ФУГКЗ и тяговой характеристик!!, а ке динамики работы в режимах срабатывания и возврата;
-выработаны практические рекомендации по выбору основных параметров ТКЗ, составлена карта регулировок;
-определено время трогаши прибора с помощью схщилшграфирования его ди-ических характеристик; проведена коррекщи осциллограмм и определены посто-ые времени низкочастотных скцшшографических гальванометров;
-выполнена схема устройства дистанционной передачи информации о срабаты-ти ФУГКЗ, а именно мадапотребляющий оптоэлектронный датчик с дежурным имом работы и самовозвратом по времени и току нагрузки;
-разработаны с использованием полученных в работе моделей процессов и ре-юв работы указателя методы регулировки его основных характеристик — тока сра-лвагаш и времени возврата, позволяющею согласовывать работу прибора с релей-защитой линии;
-на основе расчётов и предложенных технических решений разработан эскизный ект и изготовлены опытные образцы.
Методы исследований. Теоретические исследования базируются на положениях жи магнитных цепей и электромагнитного поля, ферромагнетизма и іидродинами-основах промышлашой электроники, математических методов теории конформ-. отображений и вариационного исчисления.
Экспериментальные исследования выполнены с применением современной го-ительной аппаратуры, удовлетворяющей требованиям точности и соответствия их амических характеристик частоте измеряемых процессов, а также с использовани-летодик аппарата математической статистики.
Достоверность полученных результатов и их реализация подтверждается териментальными исследованиями и испытаниями, которые были выполнены в ла-зтории кафедры «Электроснабжения промышленных предприятий и городов» ЛГУ, лаборатории инсппута «Укршптластмасс» на макетных и опытных образцах угокол испытания прилагается) и показали максимальное расхождение с результа-
.-4
тами расчётов не более 15%. Разработанные в диссертационной работе методики р чета и конструирования ФУТКЗ приняты к внедрению НГН> «Барустел» и гцэедприа ем «КЗировские электрические сети» ГАЭК «Донецкобшнерго» при изготовлении у зателей для установки в сетях 6-Ю кВ Селидовского РЭС, что подтверждено аю внедрения.
Апробация результатов работы. Основные положения диссертации и отде ные разделы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедр ДонГТУ «Элект снабжения промышленных предприятий и городов» и «Электрические машины», Донецкой региональной научной конференции «Творческое наследие ВИ Вернадс го и современность» (секция «Актуальные проблемы вычислительной техники, инф матики и энергетики»), 1995 г. (Донецк); на семинаре «Імовірності процеси в ел тричних системах» Научного Совета НАН Украины по комплексным проблемам « кові основи елекіроенергетики>>, 1998 г.
Публикации. ГЬ теме диссертации опубликовано шесть печатных работ в на ных изданиях Украины и России
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти п выводов, списка использованных источников, приложений. Полное содержание ра ты изложено на 270 страницах машинописного текста, из них 89 иллюстраций загоп ют 58 страниц, 9 таблиц - 4 страницы, список использованных источников (в количе ве 109 наименований) - 7 страниц, приложения (в количестве 10)-42 страницы.
