開關設計基本計算參數

1、羅寶SF6開關設計基本計算參數一、電場分析和優(yōu)化設計絕緣是電器設備結構中的重要組成部分，通過電場分析并采用cae手段優(yōu)化設計可以既經濟合理又安全可靠的解決c-gis中的絕緣問題。1、sf6氣體間隙絕緣的工程計算開關柜應用的主要是稍不均勻電場結構，當sf6間隙中的最大場強達到某一數值eb時，間隙擊穿。擊穿電壓ub=´eb´d為絕緣利用系數，為間隙中平均場強eav與最大場強emax之比，d為sf6間隙距離，eb在作粗略估算時可用下表的工程擊穿場強ebt值=500;" onmousewheel="returnbbimg(this)">將12kv

2、產品的額定絕緣水平值作為擊穿電壓，設充氣壓力p=0.035mpa（abs），結合柜內電極結構的變化，取值定為為0.250.5，則按50hz工頻耐壓計算出的間隙距離為3.352.17cm；取最大值3.35 cm按雷電沖擊電壓計算出的間隙距離為4.282.64cm。取最大值4.28 cm2、sf6沿面絕緣的工程計算當sf6沿面絕緣結構中的最大場強達到某一數值ef時，發(fā)生閃絡。閃絡電壓為：uf=´ef´d為絕緣利用系數(0.250.5)，d為sf6間隙距離ef在作粗略估算時可用下表的工程擊穿場強eft值500)this.style.width=500;" onmouse

3、wheel="returnbbimg(this)">同上條件，可得:50hz工頻耐壓下的爬電距離為5.513.25cm；雷電沖擊電壓下的爬電距離為6.854.42cm。3、cae技術電場分析及優(yōu)化 上述計算僅提供了c-gis絕緣結構設計的初值。更細致的設計應該基于對電場強度的計算和優(yōu)化。以下是對c-gis母聯(lián)器進行電場分析的實例。圖1所示為母聯(lián)器及安裝示意結構。套管采用環(huán)氧樹脂材料，一側處于sf6氣體中；另一側處于空氣中，圖中顯示為未并柜，主母線未與旁柜連同的工況。因套管附近電場區(qū)域基本圍繞棒狀母線進行軸對稱型分布，故可簡化為在穿過中心軸線的平面中取對稱軸上半部分電場

4、區(qū)域進行計算。500)this.style.width=500;" onmousewheel="returnbbimg(this)">3)螺釘坎件,電位等于地。4)金屬安裝法蘭（用于使套管與柜體相連），電位等于地。產品充氣壓力為0.035mpa（環(huán)境溫度20時）。施壓按雷電沖擊耐壓峰值85kv計算，sf6氣體相對介電常數為1.002，環(huán)氧樹脂材料的介電常數為3.5。圖2為所獲得的優(yōu)化結構下的電場分布圖。圖 1.凸面Eabs 值分布曲線          圖 2.凸面Ea

5、bs 分布云圖在電場計算中，可以直觀得到電場強度的局部極值點，通過改變局部形狀、布置等結構要素，去降低最大場強值，并使固體絕緣件表面的路徑與電力線盡量平行等，使實際電場場強比該氣壓下sf6氣體的擊穿場強留有一定裕度，可確定其絕緣具體結構。3、操作機構的機械特性分析和優(yōu)化設計該產品斷路器配用彈簧操作機構，對機構的分析主要是實現(xiàn)斷路器合、分閘運動的機械動力學方面的計算。3.1機械特性分析目的為獲得斷路器觸頭合、分運動的優(yōu)化機械行程特曲線、機構完成既定運動后的剩余能量，以及機構桿件間傳遞的機械利益和效率。機構cae數學模型的建立在滅弧室結構一定的情況下，分閘速度（行程特性曲線）是斷路器的開斷性能的決

6、定性因素，所以對斷路器機構設計應從分閘特性入手，當分閘特性滿足后，再對合閘運動特性進行分析，并從動力配合角度對分合閘特性進行優(yōu)化。3.1.2斷路器分閘特性的分析1：負載特性曲線的確定，初步由真空滅弧室的要求來確定；本斷路器真空滅弧室第二步：傳動機構的確定，設計準則為：使斷路器觸頭開距得以滿足，且解決觸頭變直問題及提高傳動效率問題等；第三步：運動分析，通過操作機構輸出大軸和動觸頭運動的匹配，得到分閘速度和輸出大軸與油緩沖碰撞速度；第四步：動力分析，通過優(yōu)化確定分閘簧和觸頭簧所要提供的能量，利用輸出速度曲線作為設計的依據。經驗分析結果分閘速度為6.5m/s，（開距為15mm）,后實測分閘速度為6.

7、3m/s，滿足設計要求。3.1.3斷路器合閘特性的分析第一步：負載特性曲線的確定，初步由分閘簧和觸頭簧及合閘電動力對操作機構的要求來確定；第二步：傳動機構的確定，設計準則為：保證觸頭在以接觸后就能可靠地接觸第三步：運動分析，使斷路器觸頭合閘速度得以滿足，一方面從降低機械應力和沖擊的角度出發(fā)，另一方面要較高的合閘速度來減小預擊穿時間，減小觸頭磨損量；第四步：動力分析，通過優(yōu)化合閘能量，對臨界反彈合閘速度進行分析，解決彈跳問題等。500)this.style.width=500;" onmousewheel="returnbbimg(this)">其優(yōu)化分析結果

8、見圖4，從圖中可查到合閘前10ms時，合閘速度為6m/s,，滿足設計要求。3.2機構可靠性分析主要內容：（1）分析機構構件的運動和影響受力，降低強烈的沖擊變形，解決機械強度和剛度的問題，（2）合成凸輪輪廓并研究相應的運動，優(yōu)化計算的結論如下：（1）合閘能量降低了60；（2）傳動效率提高了30；（3）凸輪的受力從200000n降至62000n以下（見圖5）,從根本上解決凸輪滾子和凸輪的壽命問題。500)this.style.width=500;" onmousewheel="returnbbimg(this)">4、氣室結構剛度優(yōu)化分析氣室作為c-gis組件的

9、安裝基礎，以及考慮密封受壓的設計壓力條件，及內部燃弧故障工況的承壓等，需要對氣室剛度進行設計計算。氣室由薄板構成的，通常采用加強板厚和加強筋的方法來提高強度，通過分析計算才能確定氣室的板件厚度、加強筋的截面和布置位置、方式等。圖6為氣室一端側面在設計壓力條件下的形變計算結果。氣室最大變形在0.35mm以下。500)this.style.width=500;" onmousewheel="returnbbimg(this)">5、結論 我公司羅寶開關,全部零部件采用三維計算機輔助設計pro/e（cad），關鍵結構均通過cae工具分析計算，在電場、機構傳動以及結構強度等方面進行了優(yōu)化設計,使產品具有