Pagsusi sa kalihukan sa insulasyon sa 10kV outdoor vacuum circuit breakers

Pagpahayag

Ang vacuum interrupter ang pinakamahalagang bahagi sa isang vacuum circuit breaker. Ito ay may maraming mga abilidad tulad ng malaking breaking capacity, madalas na operability, mahusay na arc-extinguishing performance, walang polusyon, at kompak na sukat. Habang ang mga vacuum circuit breaker ay umuunlad patungo sa mas mataas na voltage levels, ang mas malalim na pagsusuri sa internal at external insulation performance ng outdoor vacuum interrupters ay mas kinakailangan.

Ang distribution ng electric field sa loob ng interrupter ay may malaking epekto sa insulation performance ng vacuum circuit breaker. Ang hindi pantay na distribution ng electric field ay maaaring magresulta sa pag-breakdown ng contact gap, na sa huli ay nagiging sanhi ng pagkakamali ng circuit breaker na buksan. Ang pag-install ng grading shield sa loob ng vacuum interrupter ay maaaring homogenize ang internal electric field distribution, gumawa ng strukturang mas makatwiran at kompak ng vacuum interrupter.

Gayunpaman, ang pagdaragdag ng shield ay dinudulot ng pagbabago sa distribution ng electric field sa loob ng interrupter. Upang ma-verify nang tama ang insulation performance ng interrupter at analisin ang epekto ng shield sa distribution ng electric field, ang pag-conduct ng numerical analysis ng electric field ng outdoor vacuum circuit breaker ay isang pangunahing hakbang upang ipapatunayan ang reliability ng produkto.

Kaya, ang paper na ito ay analisa at disenyo ang insulation structure ng bagong tipo ng 10kV outdoor high-voltage AC vacuum circuit breaker na independiyenteng in-develop at in-manufacture ng mga lokal na switch production enterprises.

Kapag ginagawa ang electrostatic field analysis ng vacuum circuit breaker, isinasala ang voltage sa boundaries ng modelo, at ginagamit ang tetrahedral meshing elements batay sa strukturang ng modelo. Ang meshing ng grid ay isinasagawa gamit ang intelligent meshing. Dahil ang vacuum circuit breaker ay may axisymmetric structure, ang vacuum interrupter ay sectioned sa X-axis ng three-dimensional coordinate system. Ang advantage ng paggamit ng intelligent meshing ay nasa mga lugar kung saan ang curvature ng graph ay may malaking pagbabago, ang grid division ay napakadense, habang sa mga lugar na may regular na struktura, ang grid density ay relatibong mababa.

Batay sa dalawang working positions ng circuit breaker contacts, na ang breaking at closing positions, at ang iba't ibang open distances ng contacts sa panahon ng breaking process, isinasagawa ang electric field analysis sa vacuum interrupter. Itinukoy ang characteristics ng distribution ng electric field at ang points ng concentration ng field strength. Ang points ng concentration ng field strength ang mga key areas ng analysis sa paper na ito. In-compare ang electric field results na nakuha sa iba't ibang kondisyon.

Larawan 1 Internal Enlarged Structure Diagram ng Vacuum Interrupter

Larawan 1 - Stationary End Cover Plate; 2 - Main Shielding Cover; 3 - Contact; 4 - Bellows; 5 - Moving End Cover Plate; 6 - Stationary Conductive Rod; 7 - Insulating Housing; 8 - Moving Conductive Rod

Mga Resulta ng Pagkalkula at Analisis

Ang paper na ito ay pinag-aaralan ang insulation performance sa pagitan ng isolation break points sa ilalim ng rated lightning impulse withstand voltage. Isinasala ang high voltage ng 125 kV sa stationary contact ng circuit breaker, at ang zero potential na 0 sa moving contact. Nakukuha ang potential distributions ng buong circuit breaker kapag ang contact opening distances ay 50%, 80%, at 100% respectively. Ang unit ng potential ay V, at ang unit ng electric field strength ay V/m.

Dahil sa presence ng shielding cover sa vacuum interrupter, ang electric field distortion ay sinuppres, na nagresulta ng napakapantay at symmetrical na voltage distribution sa lugar malapit sa contacts. Ang floating potential sa shielding cover ay humigit-kumulang 60 kV.

• Potential distribution ng vacuum interrupter sa 50% contact opening distance

• Potential distribution ng vacuum interrupter sa 80% contact opening distance

•  Potential distribution ng vacuum interrupter sa 100% contact opening distance

Sa Larawan 2, ang mga figures (a) - (c) ay ang contour maps ng distribution ng electric field strength sa vacuum interrupter sa ilalim ng tatlong iba't ibang contact opening distances respectively.

Para sa vacuum circuit breaker sa 50% contact opening distance, ang maximum electric field strength ay lumilitaw sa dulo ng shielding cover, na may value ng 25.4 kV/mm. Sa oras na ito, ang electric field strength sa pagitan ng contacts ay mas mataas kaysa sa unang dalawang opening distances. Ang grading shielding cover ay gumagawa ng gradient distribution ng voltage malapit sa contacts, at ang electric field strength ay pantay na distributed, na may mas malaking electric field strength sa pagitan ng contacts.

Kapag ang contact opening distances ng vacuum circuit breaker ay 80% at 100%, ang maximum electric field strengths ay 21.2 kV/mm at 18.1 kV/mm respectively. Ang voltage malapit sa contacts ay nagpapakita ng gradient distribution, at ang electric field strength ay pantay na distributed.

• Electric field contour map ng vacuum interrupter sa 50% contact opening distance

• Electric field contour map ng vacuum interrupter sa 80% contact opening distance

• Electric field contour map ng vacuum interrupter sa 100% contact opening distance

Makikita sa mga figure na kapag ang external insulating medium ay constant at uniform, ang mga lugar na may mas malaking electric field distribution strength sa vacuum interrupter ay pangunahing nakonsentrado sa end surfaces ng moving at stationary contacts at sa upper at lower ends ng shielding cover. Ang mga insulation-vulnerable areas na ito ay madaling magkaroon ng insulation breakdown. Kaya, sa aktwal na disenyo ng produkto, maaari itong i-improve ang distribution ng electric field sa puntos ng concentrated field strength sa pamamagitan ng optimization design methods tulad ng pag-increase ng curvature ng end surfaces ng moving at stationary contacts at blunting ng sharp corners sa parehong dulo ng shielding cover.

Ang electric field strength sa outer surface ng vacuum interrupter ay relatibong maliit. Makikita sa figure na sa mga lugar malapit sa dalawang dulo ng ceramic housing ng vacuum interrupter at malapit sa end cover plates ng interrupter, ang electric field strength values ay mas malaki kaysa sa iba pang posisyon sa ibabaw.

Kapag ang contacts ng vacuum circuit breaker ay closed, isinasala ang high voltage ng 125 kV sa central conductor, at ang potential sa infinite-far boundary ay itinakda sa 0. Matapos ang loading, ang calculation ay nagpapakita na ang electric field strength ay napakaliit sa loob at labas ng circuit breaker, na may maximum electric field strength na 0.8 kV/mm. Ang electric field strength ay pantay na distributed, at ang voltage sa paligid ng contacts ay nagpapakita ng gradient distribution trend na nakatuon sa contacts.

• (a) Electric field contour map ng vacuum interrupter sa 50% contact opening distance

• (b) Electric field contour map ng vacuum interrupter sa 80% contact opening distance

• (c) Electric field contour map ng vacuum interrupter sa 100% contact opening distance

Pagschlussuron

Sa pamamagitan ng pagsusuri at pag-aaral sa electric field ng 10kV outdoor high-voltage AC vacuum circuit breaker, nakuha ang variations sa electric field strength at potential ng circuit breaker sa ilalim ng iba't ibang boundary conditions. Mula sa mga resulta na ito, malinaw na sa pamamagitan ng paggamit ng ANSYS upang ma-accurately simulate ang prototype ng object at ang finite-element method para sa numerical calculations ng electric field at potential, maaari itong makamit ang precise calculations ng variations sa electric field at potential sa loob ng vacuum interrupter.