تحليل أداء العزل لقواطع الدائرة الفراغية الخارجية ذات الجهد 10 كيلوفولت

مقدمة

الفصل الكهربائي تحت الفراغ هو المكون الأكثر أهمية في قاطع الدائرة الكهربائية تحت الفراغ. يتمتع بعديد من المزايا، مثل القدرة العالية على الانقطاع، والتشغيل المتكرر، والأداء الممتاز لإطفاء القوس الكهربائي، وعدم التلوث، والحجم الصغير. مع تطور قواطع الدائرة الكهربائية تحت الفراغ نحو مستويات الجهد الأعلى، أصبح البحث العميق حول أداء العزل الداخلي والخارجي للفصل الكهربائي الخارجي أكثر ضرورة.

توزيع المجال الكهربائي داخل الفصل يؤثر بشكل كبير على أداء العزل لقاطع الدائرة الكهربائية تحت الفراغ. يمكن أن يؤدي توزيع المجال الكهربائي غير المنتظم إلى انهيار الفجوة بين نقاط الاتصال، مما يؤدي في النهاية إلى فشل قاطع الدائرة في الانفصال. يمكن أن يؤدي تركيب درع تسوية داخل الفصل الكهربائي تحت الفراغ إلى توحيد توزيع المجال الكهربائي الداخلي، مما يجعل هيكل الفصل الكهربائي تحت الفراغ أكثر عقلانية وصغير الحجم.

ومع ذلك، فإن إضافة الدرع تسبب أيضًا تغييرات في توزيع المجال الكهربائي داخل الفصل. للتحقق بدقة من أداء العزل للفصل وتحليل تأثير الدرع على توزيع المجال الكهربائي، يعد إجراء التحليل العددي للمجال الكهربائي لقاطع الدائرة الكهربائية الخارجي تحت الفراغ خطوة رئيسية في تأكيد موثوقية المنتج.

لذلك، يقوم هذا البحث بتحليل وتصميم هيكل العزل لنوع جديد من قاطع الدائرة الكهربائية الخارجي تحت الفراغ ذو الجهد العالي 10 كيلوفولت الذي تم تطويره وإنتاجه بشكل مستقل بواسطة الشركات المحلية لصناعة المحولات.

عند إجراء تحليل المجال الكهربائي الثابت لقاطع الدائرة الكهربائية تحت الفراغ، يتم تطبيق جهد على حدود النموذج، ويتم استخدام عناصر شبكة رباعية السطوح وفقًا لهيكل النموذج. يتم تنفيذ تقسيم الشبكة باستخدام تقسيم الشبكة الذكي. بما أن قاطع الدائرة الكهربائية تحت الفراغ له بنية محورية التناظر، يتم قسمة الفصل الكهربائي على طول محور X لنظام الإحداثيات ثلاثي الأبعاد. يكمن ميزة استخدام تقسيم الشبكة الذكي في أن المناطق التي تتغير فيها انحناء الرسم بشكل كبير تكون الشبكة فيها مكتظة جدًا، بينما في المناطق ذات الهيكل المنتظم يكون كثافة الشبكة أقل نسبيًا.

بناءً على الموضعين العاملين لنقطتي الاتصال في قاطع الدائرة، وهما موضع الانفصال وموضع الإغلاق، وكذلك المسافات المختلفة بين نقطتي الاتصال أثناء عملية الانفصال، يتم إجراء تحليل للمجال الكهربائي على الفصل الكهربائي تحت الفراغ. يتم تحديد خصائص توزيع المجال الكهربائي والنقط التي تتركز فيها شدة المجال. تعتبر هذه النقاط مجال التركيز الرئيسي لهذا البحث. يتم مقارنة نتائج المجال الكهربائي المستخرجة تحت مختلف الظروف المختلفة.

الشكل 1 - رسم توضيحي مكبر للهيكل الداخلي للفصل الكهربائي تحت الفراغ

1 - غطاء الغلاف الثابت؛ 2 - الغطاء الرئيسي للدرع؛ 3 - نقطة الاتصال؛ 4 - الأكمام المرنة؛ 5 - غطاء الغلاف المتحرك؛ 6 - قضيب التوصيل الثابت؛ 7 - الغلاف العازل؛ 8 - قضيب التوصيل المتحرك

نتائج الحسابات والتحليل

يقوم هذا البحث بالبحث في أداء العزل بين نقاط الانفصال تحت الجهد الضارب المحدد للصواعق. يتم تطبيق جهد عالي 125 كيلوفولت على نقطة الاتصال الثابتة لقاطع الدائرة الكهربائية، ويتم تطبيق جهد صفر على نقطة الاتصال المتحركة. يتم الحصول على توزيعات الجهد لكامل قاطع الدائرة عندما تكون مسافات فتح نقاط الاتصال 50٪ و 80٪ و 100٪ على التوالي. الوحدة المستخدمة للجهد هي فولت، والوحدة المستخدمة لشدة المجال الكهربائي هي فولت/متر.

بسبب وجود الدرع في الفصل الكهربائي تحت الفراغ، يتم كبح تشوه المجال الكهربائي، مما يؤدي إلى توزيع جهد منتظم ومتناظر للغاية في المنطقة القريبة من نقاط الاتصال. الجهد العائم على الدرع حوالي 60 كيلوفولت.

• توزيع الجهد للفصل الكهربائي تحت الفراغ عند مسافة فتح نقاط الاتصال 50٪

• توزيع الجهد للفصل الكهربائي تحت الفراغ عند مسافة فتح نقاط الاتصال 80٪

• توزيع الجهد للفصل الكهربائي تحت الفراغ عند مسافة فتح نقاط الاتصال 100٪

في الشكل 2، الأشكال (أ) - (ج) هي خرائط مكافئة لتوزيع شدة المجال الكهربائي في الفصل الكهربائي تحت الفراغ تحت الثلاث مسافات مختلفة لفتح نقاط الاتصال المذكورة أعلاه.

بالنسبة لقاطع الدائرة الكهربائية تحت الفراغ عند مسافة فتح نقاط الاتصال 50٪، تظهر أعلى شدة للمجال الكهربائي في نهاية الدرع، بمقدار 25.4 كيلوفولت/ملم. في هذا الوقت، تكون شدة المجال الكهربائي بين نقاط الاتصال أعلى بكثير من تلك الموجودة في المواقع السابقة. يجعل الدرع التسوية الجهد القريب من نقاط الاتصال يتوزع بشكل متدرج، ويكون توزيع شدة المجال الكهربائي متساويًا، مع وجود شدة مجال كهربائي كبيرة نسبيًا بين نقاط الاتصال.

عندما تكون مسافات فتح نقاط الاتصال لقاطع الدائرة الكهربائية تحت الفراغ 80٪ و 100٪، تكون أعلى شدة للمجال الكهربائي 21.2 كيلوفولت/ملم و 18.1 كيلوفولت/ملم على التوالي. يظهر الجهد القريب من نقاط الاتصال توزيعًا متدرجًا، ويكون توزيع شدة المجال الكهربائي متساويًا.

• خريطة مكافئة للمجال الكهربائي للفصل الكهربائي تحت الفراغ عند مسافة فتح نقاط الاتصال 50٪

• خريطة مكافئة للمجال الكهربائي للفصل الكهربائي تحت الفراغ عند مسافة فتح نقاط الاتصال 80٪

• خريطة مكافئة للمجال الكهربائي للفصل الكهربائي تحت الفراغ عند مسافة فتح نقاط الاتصال 100٪

يمكن رؤية أنه عندما يكون الوسط العازل الخارجي ثابتًا ومتساويًا، تكون المناطق التي تتركز فيها شدة المجال الكهربائي الكبيرة في الفصل الكهربائي تحت الفراغ مركزة بشكل أساسي على سطحى نهايات نقاط الاتصال الثابتة والمتحركة وأطراف الدرع العليا والسفلية. هذه المناطق الهشة العازلة عرضة للانهيار العازل. لذلك، في التصميم الفعلي للمنتج، يمكن تحسين توزيع المجال الكهربائي في النقاط التي تتركز فيها شدة المجال عن طريق طرق التصميم الأمثل مثل زيادة انحناء سطحى نهايات نقاط الاتصال الثابتة والمتحركة وتخفيف الزوايا الحادة عند أطراف الدرع.

تكون شدة المجال الكهربائي على السطح الخارجي للفصل الكهربائي تحت الفراغ صغيرة نسبيًا. يمكن رؤية أنه في المناطق القريبة من طرفي الغلاف السيراميكي للفصل الكهربائي تحت الفراغ وبقرب الغطاء الغلاف، تكون قيم شدة المجال الكهربائي أكبر من تلك الموجودة في مواقع أخرى على السطح.

عندما تكون نقاط الاتصال لقاطع الدائرة الكهربائية تحت الفراغ مغلقة، يتم تطبيق جهد عالي 125 كيلوفولت على الموصل المركزي، ويتم ضبط الجهد عند الحد البعيد اللانهائي إلى 0. بعد التحميل، يظهر الحساب أن شدة المجال الكهربائي صغيرة جدًا داخل وخارج قاطع الدائرة الكهربائية، مع أعلى شدة للمجال الكهربائي تبلغ 0.8 كيلوفولت/ملم. يكون توزيع شدة المجال الكهربائي متساويًا، ويظهر الجهد حول نقاط الاتصال توزيعًا متدرجًا مركزًا على نقاط الاتصال.

• (أ) خريطة مكافئة للمجال الكهربائي للفصل الكهربائي تحت الفراغ عند مسافة فتح نقاط الاتصال 50٪

• (ب) خريطة مكافئة للمجال الكهربائي للفصل الكهربائي تحت الفراغ عند مسافة فتح نقاط الاتصال 80٪

• (ج) خريطة مكافئة للمجال الكهربائي للفصل الكهربائي تحت الفراغ عند مسافة فتح نقاط الاتصال 100٪

خاتمة

من خلال التحليل والبحث حول المجال الكهربائي لقاطع الدائرة الكهربائية الخارجي تحت الفراغ ذو الجهد العالي 10 كيلوفولت، تم الحصول على التغيرات في شدة المجال الكهربائي والجهد لقاطع الدائرة تحت ظروف حدود مختلفة. من النتائج أعلاه، من الواضح أن استخدام ANSYS لمحاكاة النموذج الأولي بدقة واستخدام طريقة العناصر المحدودة للحسابات العددية للمجال الكهربائي والجهد يمكن أن يحقق حسابات دقيقة للتغيرات في المجال الكهربائي والجهد داخل الفصل الكهربائي تحت الفراغ.