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ICST/CECT/CECFORMTEXTXXXXX—FORMTEXTXXXX____________________________________________________________________550kV及以上气体绝缘金属封闭开关设备中抑制VFTO用磁环型阻尼母线技术规范General

specification

of

damping

busbar

with

Ferrite

Rings

used

to

suppress

Very

Fast

Transient

Overvoltage

for

550

kV

and

above

gas-insulated

metal-enclosed

switchgear征求意见稿(本稿完成日期:2019.10)FORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX实施中国电力企业联合会发布FORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX发布T/CECXXXXX—201X前言 II1范围 12规范性引用文件 13使用条件 14术语和定义 15额定值与技术要求 26设计和结构 47型式试验 78出厂试验 129阻尼母线选用导则 1310随讯问单、标书和订单提供资料 1411运输、储存、安装和维护 1412安全性 1513环境方面 15附录A(规范性附录)磁环的检验 16附录B(资料性附录)磁环的配置数量 19附录C(资料性附录)磁环吸收能量计算报告 20550kV及以上气体绝缘金属封闭开关设备中抑制VFTO用磁环型阻尼母线技术规范范围本标准规定了550kV及以上GIS中抑制VFTO用磁环型阻尼母线(以下简称阻尼母线)的使用条件、设计结构、额定参数及试验等。本标准适用于该装置的生产、试验、验收、包装、运输、贮存和安装。为了便于本标准使用,术语“GIS”用于表述“气体绝缘金属封闭开关设备”。注1:HGIS同样适用本标准。注2:扩建、改造的工程可参照执行。规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T1.1—2009标准化工作导则第1部分:标准的结构和编写GB/T2828.1—2012计数抽样检验程序第1部分:按接收质量限(AQL)检索的逐批检验抽样计划GB/T2900.20—2016电工术语高压开关设备GB/T2900.59—2008电工术语发电、输电及配电变电站GB/T7674—2008额定电压72.5kV及以上气体绝缘金属封闭开关设备GB/T11022—2011高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求GB/T24836—20181100kV气体绝缘金属封闭开关设备技术规范GB/T9632.1—2002通信用电感器和变压器磁芯测量方法GB/T9634.4—2007铁氧体磁心表面缺陷极限导则第4部分:环形磁心SJ/T10213—1991铁氧体材料牌号与元件型号命名方法SJ20669—1998永磁铁氧体总规范SJ20966-2006软磁铁氧体材料测量方法使用条件550kV及以上GIS抑制VFTO用阻尼母线安装于GIS设备中,其使用条件应与GIS母线一致,按照GB/T11022—2011中第2章规定。术语和定义下列术语和定义适用于本文件。GB/T2900.20—2016、GB/T11022—2011和GB/T7674—2008定义的以及下列术语和定义适用于本标准。特快速瞬态过电压VeryFastTransientOvervoltage(VFTO)GIS和HGIS在某些操作方式下,例如隔离开关开合空载短母线时,可能会产生的一种频率高至数十MHz的高频振荡过电压,同时含有直流和低频分量。母线busbar可以连接多个电气回路的低阻抗导体[GB/T2900.59—2008的605-02-01]磁环型阻尼母线dampingbusbarwithFerriteRings安装于GIS中,内部含有磁环元件,可用于抑制隔离开关操作产生VFTO的一段母线。隔板partition把一个隔室和其它隔室分开的支持绝缘子。[GB/T7674—2008的3.108]支持绝缘子supportinsulator支撑一极或多极导体的内部绝缘子[GB/T7674—2008的3.107]电压抑制比voltagesuppressionratio用于描述阻尼母线对特快速暂态电压幅值抑制效果的一个参量。定义为阻尼母线安装后特快速暂态电压的最大峰值与未装阻尼母线时特快速暂态电压的最大峰值的比值,参见本标准7.13。电压振荡衰减比voltageoscillationattenuationratio用于描述阻尼母线对特快速暂态电压幅值衰减速度的一个参量。定义为阻尼母线安装后特快速暂态电压的第二个峰值和第一个峰值的比值,参见本标准7.13。磁环magnetring阻尼母线的元件,一种环状的导磁体,高频下有较高的磁导率和损耗,例如铁氧体材料烧结成形的导磁体,可以通过串联构成磁环串,对VFTO中高频分量进行抑制。均压罩利用自身外形结构,使其适用于电压形式为交流,需要高压均匀分布的设备中,以改善电压分布的金属罩。额定值与技术要求550kV及以上GIS/HGIS中抑制VFTO用阻尼母线的额定值包括:额定电压(Ur);额定绝缘水平;额定频率(fr);主回路的额定电流(Ir);主回路的额定短时耐受电流(Ik);主回路的额定峰值耐受电流(Ip);额定短路持续时间(tk);绝缘气体的额定充入压力;磁环的额定参数。额定电压(Ur)1100kV,800kV,550kV。额定绝缘水平仅指相对地绝缘,绝缘水平如表1所示。额定绝缘水平额定短时工频耐受电压Ud/kV(有效值)额定操作冲击耐受电压Us/kV(峰值)额定雷电冲击耐受电压Up/kV(峰值)1100180024008001550210055013001675额定频率(fr)50Hz。额定电流额定电流(Ir)4000A;5000A;6300A;8000A。温升GB/T11022—2011的4.5.2适用。阻尼母线中部件的温升没有被GB/T11022所涵盖时,不应超过相应部件及其材料标准中的温升限值。温升试验的电源电流应为正弦波,流过阻尼母线的试验电流应为额定电流(Ir)的1.1倍。额定短时耐受电流(Ik)63kA。额定峰值耐受电流(Ip)171kA。额定短路持续时间(tk)2s、3s。绝缘气体的额定压力按照制造厂规定。磁环的额定参数额定初始磁导率(μi)不小于2500×(1±25%)。饱和磁通密度(Bs)不小于500mT。剩余磁通密度(Br)不大于120mT。额定居里温度(Tc)不小于200℃。矫顽力(Hc)不小于16A/m。额定功率损耗密度(Pcv)不小于650mw/cm3。设计和结构总体结构阻尼母线应为标准尺寸的独立气室,能够单独生产和检验,与所安装GIS/HGIS母线段接口和尺寸兼容,SF6气体压力一致,以便于安装到GIS/HGIS隔离开关两侧的母线中。阻尼母线为轴对称结构,由外壳、绝缘子、导体、磁环串和磁环串外部的均压罩构成,磁环串套装在主回路上,磁环之间以及磁环与导体之间绝缘,均压罩套装在磁环串外部。均压罩可采用中部安装,如图1中a)所示,也可采用两端安装,如图1中b)所示,两种安装方式均能够控制均压罩与磁环串之间的最大电压约为磁环串两端最大电压的一半。除了本标准专门规定以外,阻尼母线的各个部件应满足各自的相关标准要求。a)均压罩中部安装b)均压罩两端安装阻尼母线推荐典型结构磁环磁环对材料的高频导磁和损耗特性有较高要求,需要明确要求和严格检查(磁环的检验见附录A)。磁环为脆性材料,容易磕碰掉渣,推荐要求采用绝缘材料封装后使用。磁环型号规格磁环的型号规格由两部分组成,由制造厂确定并给出:第一部分表示材料牌号,其命名方法按SJ/T10213中2的规定;第二部分表示形状和尺寸规格,其命名方法按SJ/T10213中3的规定。例如:R2KBH185×140×30第二部分:形状和尺寸规格第一部分:材料牌号阻尼母线用磁环推荐采用R2KBH185×140×30和R2KBH140×120×15两种型号,磁环的配置数量见附录B。磁环的封装因磁环的易碎特性,使用过程中容易因磕碰破损而产生异物,阻尼母线中的磁环应采用绝缘材料封装。封装材料应满足长期置于SF6气体中不得有任何化学反应、物理特性变化和气体、固体的要求,不得对GIS本身带来任何不利影响。封装前应保证磁环清洁、干燥。磁环可以单个进行封装,也可以多个一组进行封装。封装材料应有一定厚度,在实现磁环自身保护的同时,也保证磁环(组)之间以及磁环与主回路之间的绝缘强度。多个磁环封装在一起时,磁环之间应有绝缘隔板,绝缘隔板应满足磁环间绝缘要求,具体要求见6.3。封装材料应完全包裹磁环。特殊绝缘要求当VFTO行波到达阻尼母线时,将在导体和磁环串沿线产生暂态电压分布,磁环与磁环之间,磁环与导体之间、均压罩与磁环串和主回路的绝缘必须能够耐受此暂态陡波电压,具体绝缘要求如下:磁环与磁环之间暂态耐受电压(图2中cf间电压):根据仿真结果,阻尼母线两端耐受最高暂态电压为0.6p.u.,考虑磁环配置数量S,裕度系数1.5,磁环与磁环间暂态耐受电压按照1.5×0.6p.u./S确定。均压罩与磁环之间,均压罩与导体之间VFTO耐受暂态电压(图2中ab、ac间电压):根据磁环两端耐受最高暂态电压为0.6p.u.,裕度系数k2(图1中,均压罩中部和两端安装方式)。均压罩应牢固固定,设计结构应具有较高的刚度和精度。以上特殊绝缘要求是考虑到抑制VFTO最恶劣条件时的分析结果,仅供设计时参考,绝缘结构设计的合理性应在VFTO抑制试验中检验。磁环串结构剖面示意图阻尼母线中气体的要求GB/T7674—2008的5.2适用,同时作如下规定:阻尼母线中气体应使用符合GB/T11022要求的新的纯SF6气体,不能使用其它替代气体或混合气体。SF6气体湿度要求在交接验收时不大于250μL/L,长期运行时不大于500μL/L。SF6气体监测装置GB/T7674—2008的5.9适用,并作如下补充:阻尼母线所在隔室应提供SF6气体密度监测装置,气体密度监测装置可安装于相邻同隔室GIS母线上。SF6气体的密封GB/T7674—2008的5.15适用。阻尼母线所在隔室的SF6气体相对泄漏标准值取每年0.5%。隔板阻尼母线使用隔板应与GIS相同,GB/T7674—2008的5.104.2适用。接地GB/T7674—2008的5.3适用。SF6气体压力配合GB/T7674—2008的5.101适用。制造厂应提供阻尼母线的设计压力、SF6气体的额定压力(Pre)、报警压力(Pac)和最低功能压力(Pme)。外壳阻尼母线外壳及法兰设计结构应与GIS相同,GB/T7674—2008的5.103适用。外壳提供的防护等级GB/T11022—2011的5.13适用。阻尼母线外壳提供的防护等级应与GIS母线相同,不低于IP65。内部故障GB/T7674—2008的5.102适用。根据保护系统性能确定的电弧持续时间的性能判据见表2。性能判据额定短路电流(kA)保护段电流持续时间(s)性能判据6310.1不允许烧穿2≤0.3外壳允许烧穿但不能有碎片压力释放GB/T7674—2008的5.105适用。阻尼母线不推荐安装压力释放装置。腐蚀GB/T7674—2008的5.108适用。铭牌GB/T7674—2008的5.10适用。阻尼母线应提供独立的铭牌,如果GIS的公共信息在一个铭牌上标明,独立的铭牌可以简化,应包含下列资料。——制造厂的名称或商标——型号或系列号——额定电压Ur——额定雷电冲击耐受电压Up——额定操作冲击耐受电压Us——额定工频耐受电压Ud——额定电流Ir——额定短时耐受电流Ik——额定峰值耐受电流Ip——额定频率fr——额定短路持续时间tk——SF6的额定压力和最低功能压力;——磁环型号规格;——磁环配置数量;“额定”一词可以不出现在铭牌上。型式试验总则概述GB/T7674—2008的6.1适用,并作如下补充:除在相关条款中另有规定外,所有试验应在SF6气体最低功能压力下进行。正常生产的产品,每隔8年应进行一次绝缘试验、主回路电阻测量、温升试验和密封试验,其它强制试验必要时也可抽试。所有型式试验的结果都应记录在型式试验报告中,型式试验报告应包含充分的数据以证明其符合本标准,要有足够的信息以确认被试设备的主要零部件。磁环的型号规格和配置数量对阻尼母线性能有较大影响,阻尼母线的型式试验报告应详细记载上述参数值,如果上述参数发生变化,阻尼母线应重新进行型式试验。型式试验项目均压罩与主回路间隙尺寸检查,按7.2;绝缘试验,按7.3;主回路电阻测量,按7.4;温升试验,按7.5;短时耐受电流和峰值耐受电流试验,按7.6;密封试验,按7.7;壳体的验证试验,按7.8;防护等级验证,按7.9;隔板的试验,按7.10;运输与冲击的模拟试验,按7.11;评估内部电弧故障效应的试验,按6.12;VFTO抑制试验,按7.13。封装磁环试验,按7.12;均压罩与主回路间隙检查图3给出了均压罩与导体间隙h的描述,测量图中h尺寸,测量位置应在圆周内均匀选取3处,应满足设计要求。均压罩与导体间隙的描述绝缘试验GB/T24836—2018的7.2适用,并作如下补充:不需要考虑海拔及大气修正。阻尼母线安装于GIS母线中,不直接连接套管,所以绝缘试验不包含套管。阻尼母线绝缘试验仅包括相对地工频电压试验、操作冲击电压试验、雷电冲击电压试验、局部放电试验和1.1倍工频电压裕度试验。阻尼母线在1.2Um/下持续5min,最大允许局部放电量不应超过5pC。主回路电阻测量GB/T24836—2018的7.4.1适用,并作如下补充:测量电流应不低于直流300A。温升试验GB/T24836—2018的7.5适用,并作如下补充:在SF6气体充最低功能压力下进行试验,试验电流按照1.1倍额定电流。测量磁环与导体接触部位温升,不应超过磁环及其周围绝缘材料的长期运行温升允许值。短时耐受电流和峰值耐受电流试验GB/T24836—2018的7.6适用。试验后不应出现可能防碍正常运行的导体、接触连接及其接触部件的变形或损坏。试验后测量主回路电阻增加不应超过20%。试验后测量5.9中列举的磁环材料参数不应有显著变化。密封试验GB/T11022—2011的6.8适用。壳体的验证试验GB/T24836—2018的7.13适用。防护等级验证GB/T11022—2011的6.7适用。隔板的试验GB/T7674—2008的6.104适用。运输与冲击的模拟试验选取阻尼母线标准化设计单元,在振动试验台对X、Y、Z方向分别依次进行正弦频率扫描、宽带随机振动和冲击试验,试验后按照表3的要求进行尺寸和外观检查。试验结束后,磁环不得有断裂,均压罩与主回路间隙不得超出7.2的要求。X轴、Y轴和Z轴三个方向分别按照表3的步骤进行试验。试验步骤序号试验项目试验步骤1正弦频率扫描从2Hz到500Hz范围内寻找谐振频率,每分钟1倍频。注:此项试验前,在试品各部件的连接部位,做好标记,便于发现振动是否对试品产生影响。2宽带随机振动噪声振动从10Hz~500Hz,持续30分钟。根据机械环境等级2M2,在10Hz到200Hz频率范围内,加速度频谱密度为1m2/s3;在200Hz到500Hz频率范围内,加速度频谱密度为0.3m2/s3。3冲击试验振动正负方向的加速度为50m/s2持续11ms。在预振动阶段,以每个方向上的振动为−18dB、−15dB、−12dB、−9dB、−6dB、−3dB的方式来调整记录和振动台,当发生严重损坏时停止振动台振动。加速度为50m/s2持续11ms的冲击在正负方向各进行5次。4正弦频率扫描从2Hz到500Hz范围内寻找谐振频率,每分钟1倍频。谐振频率与步骤1的结果对比。如变化超过10%,应检查是否为连接松动导致,而非产品自身的问题。封装磁环试验自由跌落试验封装后的磁环应有一定抵御搬运期间可能经受到的自由跌落的能力。封装后的磁环应开展自由跌落试验,试验方法:跌落试验高度选取为500mm,选取磁环环面朝下和圆周面朝下两种工况,每组试验应选取2个试品开展。完成自由跌落试验后的磁环封装件,要求磁环本身不能断裂,封装材料不能有裂纹。2个试品应同时通过试验热性能试验本试验的目的是检查封装后的磁环在温度交变环境中的耐受能力,试验应通过3个样品10个热循环来验证,热循环如图4所示。热循环试验程序(1个循环)完成热性能试验后的磁环封装件要求磁环本身不能断裂,封装材料不能有裂纹。VFTO抑制及绝缘试验本试验目的是确认阻尼母线VFTO抑制性能,在磁环规格型号、配置数量调整和设计结构改变时要求开展本试验。试验分两部分进行,分别检验阻尼母线的抑制VFTO效果及耐受VFTO电压的能力。本试验在规定的试验回路中进行。试验回路试验回路如图5所示。直流或交流试验电源经保护电阻和套管施加在串联的阻尼母线和3-5m长的直母线段上,直母线段末端开路,在套管根部设置距离可调的放电间隙,在直母线段末端安装VFTO测量装置测量试验电压。VFTO测量装置应采用宽频带手窗式传感器。放电间隙应尽可能电场均匀和放电距离短,以使放电后产生的试验电压上升时间尽可能缩短。在测量未安装阻尼母线的VFTO时,阻尼母线采用相同电压等级的等长母线替代。试验回路布置图试验要求图6为未安装阻尼母线时产生的典型试验电压波形,图中U1、U2为产生VFTO电压波形的第一和第二个峰值(阶跃),试验要求U1上升时间满足20~70ns,U2/U1不小于0.9。未安装阻尼母线时的试验电压波形(实际波形)VFTO抑制试验试验间隙击穿电压不小于1p.u.,分别在未安装和安装阻尼母线条件下进行3次试验,对比两种条件下的VFTO波形分析阻尼母线对暂态电压的抑制效果。图7为安装阻尼母线时产生的典型试验电压波形,试验通过判据为电压抑制比V1/U1和电压衰减比V2/V1均不大于0.8。安装阻尼母线时的试验电压波形特殊绝缘试验试验间隙击穿电压不小于1.3p.u.,安装阻尼母线进行3次试验,分析试验电压波形(金光耀补充原理描述)及试验后对阻尼母线解体检查,磁环之间、磁环与导体之间、均压罩与磁环串及导体间不应有任何放电痕迹。出厂试验磁环装置的出厂试验项目包括:a)均压罩与主回路间隙尺寸检查,按8.1;b)主回路绝缘试验,按8.2;d)主回路电阻测量,按8.3;e)密封试验,按8.4;g)设计和外观检查,按8.5;h)壳体的压力试验,按8.6;j)隔板的压力试验,按8.7。k)VFTO抑制试验,按8.8。均压罩与主回路间隙检查本标准7.2条。主回路绝缘试验GB/T24836—2018的8.1适用,并作如下补充:磁环装置绝缘试验仅包括相对地工频电压试验、雷电冲击电压试验和局部放电试验。磁环装置在1.2Um/下持续5min,最大允许局部放电量不应超过5pC。主回路电阻的测量GB/T24836—2018的8.3适用,并作如下补充:测量电流应不低于300A,测量阻尼母线两端的接触电阻。密封试验GB/T24836—2018的8.4适用。设计和外观检查GB/T11022—2011的7.6适用。壳体的压力试验GB/T24836—2018的8.7适用。隔板的压力试验GB/T24836—2018的8.9适用。VFTO抑制试验本标准7.13条,并作如下补充:不需要进行特殊绝缘试验。阻尼母线选用导则在采用阻尼母线抑制VFTO的应用中,应首先根据具体变电站的接线情况和隔离开关的操作方式,仿真获得不装阻尼母线情况下的VFTO分布,确定是否存在VFTO超标的隔离开关操作。在存在VFTO超标的情况下,选择安装阻尼母线。建议阻尼母线安装在尽量靠近隔离开关两侧任选一侧的位置。对于3/2接线形式的GIS变电站,建议阻尼母线安装在进、出线相连的隔离开关分支的靠近三通节点的位置,如图8中所示。对于4/3接线形式的GIS变电站,建议阻尼母线安装在进、出线相连的隔离开关分支的靠近三通节点的位置,如图9中所示。变电站3/2接线方式中阻尼母线的推荐安装位置变电站4/3接线方式中阻尼母线的推荐安装位置随讯问单、标书和订单提供资料本章的目的是规定能够使用户对GIS用阻尼母线进行适当的询问和能够使制造厂给出标书所需的资料。此外,能够使用户对不同的制造厂提供的资料进行比较和评估。询单和订单资料GB/T7674—2008的9.101适用。标书的资料GB/T7674—2008的9.102适用。运输、储存、安装和维护GB/T7674—2008的第10章适用。运输、储存和安装条件GB/T11022—2011的10.1适用。安装GB/T11022—2011的10.2适用。现场安装后的交接试验阻尼母线在安装后、投运前,为了检查设备的正确性和完整性,应进行交接试验。交接试验和验证包括:条款号主回路的绝缘试验主回路的电阻测量气体密封试验检查和验证气体质量验证主回路的绝缘试验GB/T7674—2008的适用。主回路的电阻测量GB/T7674—2008的适用。气体密封试验GB/T7674—2008的适用。检查和验证GB/T7674—2008的适用。气体质量验证GB/T7674—2008的适用。安全性GB/T11022—2011第11章适用。环境方面GB/T7674—2008的第12章适用。

(规范性附录)

磁环的检验概述磁环的检验分类和检验项目应包含:a)材料检验,检验项目包含:额定初始磁导率μi、饱和磁通密度Bs、剩余磁通密度Br、额定居里温度Tc、矫顽力Hc和额定功率损耗密度Pcv。b)质量一致性检验,包含外观、尺寸、电感系数、功率损耗及标识的检验。每一批磁环均应开展所使用材料的检验,相同批次材料可以生产多批磁环,材料的检验只需一次。材料的检验在小型试样上进行。每一批磁环均应按一定比例抽取试品开展质量一致性检验,检验项目及试品数量由用户与制造厂协商。一致性检验抽检方案外观、尺寸、电感系数:依据GB/T2828.1正常检查一次抽样方案,一般检查水平Ⅱ,AQL=1.5。功耗:功耗的交收试验每批产品抽检2只,若有一只不合格,则从该批中加倍抽检,若还有一只不合格则该批产品退回后进行100%挑选,合格后再次交验。标识:100%检查。检验条件除非另有规定所有检验均应在SJ20966所规定的试验的标准大气条件下进行。试验电压试验电压的谐波畸变不应超过5%。试验频率当试验频率未规定偏差时所有试验频率的偏差均为0.l%。磁正常状态化磁环在进行电气性能测量前应按GB/T9632.1中6.2规定的一种方法进行磁正常状态化处理。夹紧力除非另有规定对多于一个磁环件构成的磁环夹紧力应按GB/T9632.1中4.3的规定。线圈详细规范应根据GB/T9632.1附录E或其它国家标准规定电感测量线圈及品质因数测量线圈。检验方法外观检查用目测法检验磁芯的结构外现缺陷和标志外观缺陷的允许程度应按GB/T9634.4的规定,进行判定标志应用在鉴定有效期内的量具称量磁芯的重量。尺寸应采用精度适合于被测磁芯公差要求的在计量周期内的量具测量磁芯的尺寸。电感a)电感测量磁芯应按GB/T9632.1中7章的规定进行测量,夹紧力按A3.4的规定,测量频率不大于10kHz,有效峰值磁通密度不大于0.25mT,出厂检验可在15℃-27℃下进行。在试验报告中均应记录测量温度。b)电感因数磁芯应按a)的规定测出电感,电感因数按下式计算:QUOTEQUOTE𝐴𝐿=𝐿𝑁2𝐴𝐿=𝐿𝑁2式中:AL——电感因数,H;L——电感,H;N——线圈匝数。通过检验的判据外观A5.1.1外形缺陷磁环表面不应有影响使用的明显裂纹、气孔、杂质等,端面、壁部掉块长度每处不超过10mm,不超过3处(小于3.0mm不计入缺陷数),磁环的极面也不应有影响使用的边角缺损。A5.1.2标识依承制方规定执行。尺寸SJ20669—1998中3.4.1适用。额定初始磁导率μi符合本标准5.9规定。饱和磁通密度Bs符合本标准5.9规定。剩余磁通密度Br符合本标准5.9规定。额定居里温度Tc符合本标准5.9规定。矫顽力Hc符合本标准5.9规定。额定功率损耗密度Pcv符合本标准5.9规定。

(资料性附录)

磁环的配置数量B1推荐配置数量根据磁环型号不同推荐配置数量如下:型号:R2KBH185×140×30数量

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