A hatékony mérnöki tervezés eszközei és módszerei a gyakorlatban

Átírás

1 A hatékony mérnöki tervezés eszközei és módszerei a gyakorlatban Korszerű mérnöki technológiák (CAD, szimuláció, stb.) alkalmazásának bemutatása a készülékfejlesztés kapcsán Előadó: Szarka Zsolt H-TEC KFT.

2 Tokozott gázszigetelésű kapcsolókészülék (GIS) mező

3 A tervezési folyamat során használt szimulációs módszerek Teljes körű 3D-s alkatrész és összeállítás modellezés, műhelyrajz készítés Dielektromos vizsgálatok modellezése: villamos térerősség számítás Mechanikai szilárdság vizsgálatok: roncsolásos vizsgálatok, üzemi terhelések Zárlati áramú próbák elektromágneses hatásai Gázáramlás számítása a megszakítóban kikapcsoláskor Megszakító hajtás működésének teljes modellezése a be és kikapcsolási alatt

4 Villamos térszámítás alaptervezés I. Dielektromos vizsgálatok modellezése: valamelyik szigetelési próba (pl. lökőfeszültségű próba) szimulációja Alaptervezés: Kiindulási befoglaló méretek meghatározása Fő szigetelési távolságok Burkolat átmérő Szigetelő tányér méretei

5 Villamos térszámítás alaptervezés II. 1 NODAL SOLUTION STEP=1 SUB =1 TIME=1 VOLT (AVG) RSYS= SMX = kV Current transformer EF check 2D calc. - V1. MX FEB :38:55 PLOT NO. 3 MN Sok változatot kell megvizsgálni Lehetőség szerint szükséges a modell egyszerűsítése a könnyebb kezelhetőség érdekében Hatékony a eszköz lehet a 2D-s közelítés: síkmodell henger-szimmetrikus modell Cél: a határoló geometriák meghatározása

6 Villamos térszámítás lépései I. - CAD modell Modell geometria A 3D CAD programban készül Modell a szigetelő anyag (gáz, epoxi) Határoló elemek a fém alkatrészek Elhanyagolások, egyszerűsítések a számítás céljának figyelembe vételével Nyolcad térfogat vizsgálata

7 Villamos térszámítás lépései II. - a számítási modell A számítási modellben csak a szigetelő anyagok: szigetelő gáz epoxi támszigetelő Határoló felületek a fém alkatrészek

8 Villamos térszámítás lépései III. - a végeselem program A modell átvitele a végeselem programba Anyag jellemzők megadása Hálózás 1 ELEMENTS JUN :9:18 PLOT NO. 2 1 VOLUMES MAT NUM JUN :14:3 PLOT NO. 3 8kV Gas Insulated Bus - Final V3.9 8kV Gas Insulated Bus - Final V3.9

9 Villamos térszámítás lépései IV. - peremfeltételek, megoldás 1 NODAL SOLUTION STEP=1 SUB =1 TIME=1 VOLT (AVG) RSYS= SMX =225 MX JUN :9:19 PLOT NO. 3 Szabványos lökőfeszültségpróba elrendezés Burkolat földelve Az aktív rész a lökőhullámra kapcsolva MN kV Gas Insulated Bus - Final V

10 Villamos térszámítás lépései V. - eredmények Eredmények megjelenítése Korábbi tapasztalatok alapján kiértékelés Szükség esetén módosítások és újraszámolás 1 NODAL SOLUTION STEP=1 SUB =1 TIME=1 EFSUM (AVG) RSYS= SMN =.257E-9 SMX = MN MX JUN :9:19 PLOT NO E kV Gas Insulated Bus - Final V

11 Villamos térszámítás lépései VI. - további eredmények 1 POST1 STEP=1 SUB =1 TIME=1 PATH PLOT NOD1=16 NOD2=1615 ET NODAL SOLUTION STEP=1 SUB =1 TIME=1 EFSUM RSYS= MN (AVG) SMN =.257E-9 SMX = JUN :22:53 PLOT NO. 7 JUN :1:37 PLOT NO MX DIST 8kV Gas Insulated Bus - Final V E kV Gas Insulated Bus - Final V

12 Szilárdsági számítás burkolat repesztési vizsgálat A térszámítás után kialakított burkolat öntvény roncsolásos vizsgálata Víz nyomáspróba vizsgálat szimulációja Alumínium öntvény nemlineáris anyagmodellel Lezárás acél lemezfedéllel 1 ELEMENTS MAT NUM DEC :29:26 PLOT NO kv DS/ES "Long" - Casting Bursting test V8.29, p=35 bar

13 Szilárdsági számítás eredmény 1 NODAL SOLUTION STEP=1 SUB =1 TIME=1 SEQV (AVG) DMX =1.382 SMN = SMX = MN MX DEC :24:1 PLOT NO. 2 Egy hosszú átfutással készülő, drága alkatrész roncsolásos vizsgálata szimulációval. Szükség szerint a modell módosítása. Az analízisek sikeres lezárása után kezdődhet a műhelyrajz készítése kv DS/ES "Long" - Casting Bursting test V8.29, p=35 bar

14 Erőhatás számítása zárlati dinamikus áramú próba esetén Megszakító pólus és gyűjtősín leágazások egy burkolaton belül Vezetők közelsége miatt szükséges az ellenőrzés

15 Elektromágneses számítás számítási modell A számítási modell egy 2 dimenziós sík metszet Két -féle anyag: gáz alumínium vezető Gerjesztés: 3 fázisú szimmetrikus áramrendszer pillanatértékei ciklusba szervezve 15 fokos léptetéssel, futtatás a teljes 36 fokos periódusra 1 ELEMENTS MAT NUM NOV :34:3 PLOT NO kv CB Force Calculation, 2D model

16 Zárlati erőhatások számítási eredmény 1 Amps [A] , Phase A - Pole: Force [N] Phase A Phase B Phase C 337, Az eredmények összegyűjtve, grafikonon ábrázolva Fx Fy Fsum -4-5

17 Gáz áramlásának számítása a megszakító oltókamrában

18 Mozgás szimuláció megszakító rugó-erő tárolós hajtással

19 Kapcsolt számítások megszakító kapacitív áramú próba Az alkatrészek modelljei CAD programban elkészültek A tömegek a terhelések figyelembevételével meghatározható a hajtás út-idő diagramm Az oltókamra mozgás meghatározható Gázáramlás számítása Az időben változó visszaszökő felszültséggel villamos térszámítás Ezek további kombinációja

20 A szimulációk megbízhatósága A számítások pontosságának folyamatos ellenőrzése Ez lehetséges: analitikus módszerrel mérésekkel BØ CØ

21 A szimulációk megbízhatósága

22 Köszönöm a megtisztelő figyelmüket!