Izkoligoj performanco analizo de 10kV ekstera vakuum-cirkvitorompiloj

Enkonduko

La vakuum-interrupilo estas la plej grava komponanto en vakuuma cirkvito-brekejo. Ĝi havas multajn avantaĝojn, kiel granda rompkapablo, ofta operacebleco, ekspliza arka estingokapablo, sen kontamino, kaj kompakta grando. Kiel vakuumaj cirkvito-brekejoj evoluas al pli altaj voldoniveloj, profunda esploro pri la interna kaj ekstera izoloperfekto de eksteraj vakuum-interruptiloj estas pli necesa.

La elektra kampa distribuo en la interruptilo signife influas la izoloperfekton de la vakuuma cirkvito-brekejo. Maluniforma elektra kampa distribuo povas konduki al la rompo de la kontaktspaco, finfine rezultigante la malsukceson de la cirkvito-brekejo por malfermi. Instalado de gradiga šildo ene de la vakuum-interruptilo povas uniformigi la internan elektran kampan distribuon, farante la strukturon de la vakuum-interruptilo pli racia kaj kompakta.

Tamen, la aldono de la šildo ankaŭ kaŭzas ŝanĝojn en la elektra kampa distribuo ene de la interruptilo. Por akurate kontroli la izoloperfekton de la interruptilo kaj analizi la influon de la šildo sur la elektran kampan distribuon, numerika analizo de la elektra kampo de la ekstera vakuuma cirkvito-brekejo estas klucxa paŝo en la validigo de la fidindeco de la produkto.

Do, ĉi tiu artikolo analizas kaj dizenas la izolstrukturon de nova tipo de 10kV ekstera alta-volda AC vakuuma cirkvito-brekejo sendepende disvolvita kaj produktita de hejma switch-produktado.

Kiam elektristan kamp-analizon de la vakuuma cirkvito-brekejo estas farata, voldo estas aplikita al la limoj de la modelo, kaj tetraedraj mesh-elementoj estas uzitaj laŭ la strukturo de la modelo. La mesh-ado de la reto estas farata per inteligenta mesh-ado. Ĉar la vakuuma cirkvito-brekejo havas akso-simetrian strukturon, la vakuum-interruptilo estas sekcita laŭ la X-akso de la tridimensia koordinatsistemo. La avantaĝo de uzo de inteligenta mesh-ado kuŝas en tio, ke en areoj kie la kurbiĝo de la grafiko ŝanĝiĝas signife, la grid-divido estas tre densa, dum en areoj kun pli regula strukturo, la grid-denseco estas relative malalta.

Basita sur la du laboraj pozicioj de la cirkvito-brekeja kontaktoj, nome la rompanta kaj fermita pozicioj, kaj la diversaj malfermaj distancoj de la kontaktoj dum la rompa procezo, elektra kamp-analizo estas respektive farata al la vakuum-interruptilo. La karakterizoj de la elektra kampa distribuo kaj la punktoj de kamforto-koncentro estas determinitaj. La punktoj de kamforto-koncentro estas la klucxaj areoj de analizo en ĉi tiu artikolo. La elektraj kamp-resultoj ricevitaj sub diversaj malsamaj kondiĉoj estas komparitaj.

Figuro 1 Interna Pligrandigita Struktura Diagramo de la Vakuum-Interruptilo

Figuro 1 - Stabilenda Kapputo; 2 - Ĉefa Ŝild-Kapputo; 3 - Kontakto; 4 - Faldeblilo; 5 - Movenda Kapputo; 6 - Stabilenda Kondukrodo; 7 - Izolhuso; 8 - Movenda Kondukrodo

Kalkulresultoj kaj Analizo

Ĉi tiu artikolo esploras la izoloperfekton inter la izolromp-punktoj sub la norma lumoimpuls-resistvoldo. Alta voldo de 125 kV estas aplikita al la stabilenda kontakto de la cirkvito-brekejo, kaj nul potencialo de 0 estas aplikita al la movenda kontakto. La potencialaj distribuoj de la tuta cirkvito-brekejo estas ricevitaj kiam la kontaktmalferm-distancoj estas 50%, 80%, kaj 100% respektive. La unuo de potencialo estas V, kaj la unuo de elektra kampa forto estas V/m.

Pro la prezenco de la ŝild-kapputo en la vakuum-interruptilo, la elektra kampa distordiĝo estas suprimita, rezultigante tre uniforman kaj simetrian vold-distribuon en la areo proksima al la kontaktoj. La flotanta potencialo sur la ŝild-kapputo estas ĉirkaŭ 60 kV.

• Potenciala distribuo de la vakuum-interruptilo je 50% kontaktmalferm-distanco

• Potenciala distribuo de la vakuum-interruptilo je 80% kontaktmalferm-distanco

•  Potenciala distribuo de la vakuum-interruptilo je 100% kontaktmalferm-distanco

En Figuro 2, la figuroj (a) - (c) estas la konturmapoj de la elektra kampa forto-distribuo en la vakuum-interruptilo sub la supre menciitaj tri malsamaj kontaktmalferm-distancoj respektive.

Por la vakuuma cirkvito-brekejo je 50% kontaktmalferm-distanco, la maksimuma elektra kampa forto aperas ĉe la fino de la ŝild-kapputo, kun valoro de 25.4 kV/mm. Tiam, la elektra kampa forto inter la kontaktoj estas signife pli alta ol ĉe la antaŭaj du malferm-distancoj. La gradiga ŝild-kapputo faras ke la voldo proksime de la kontaktoj montras gradientan distribuon, kaj la elektra kampa forto estas uniforme distribuita, kun relativan grandan elektran kampan forton inter la kontaktoj.

Kiam la kontaktmalferm-distancoj de la vakuuma cirkvito-brekejo estas 80% kaj 100%, la maksimumaj elektraj kampan fortecoj estas 21.2 kV/mm kaj 18.1 kV/mm respektive. La voldo proksime de la kontaktoj montras gradientan distribuon, kaj la elektra kampa forto estas uniforme distribuita.

• Elektra kampa konturmapo de la vakuum-interruptilo je 50% kontaktmalferm-distanco

• Elektra kampa konturmapo de la vakuum-interruptilo je 80% kontaktmalferm-distanco

• Elektra kampa konturmapo de la vakuum-interruptilo je 100% kontaktmalferm-distanco

Pli bone aspektas el la figuroj, ke kiam la ekstera izolmedio estas konstanta kaj uniforma, la areoj kun relativan grandan elektran kampan forton en la vakuum-interruptilo estas ĉefe koncentritaj sur la finaj surfacoj de la movendaj kaj stabilendaj kontaktoj kaj la supraj kaj subaj finoj de la ŝild-kapputo. Ĉi tiuj izol-malfortaj areoj estas facile atingitaj de izolrompo. Do, en la reala dizajno de la produkto, la elektra kampa distribuo ĉe la punktoj de koncentrita kamforto povas esti plibonigita per optimigdizajnometodoj, kiel pligrandigado de la kurbiĝo de la finaj surfacoj de la movendaj kaj stabilendaj kontaktoj kaj matigado de la spertaj anguloj ĉe ambaŭ finoj de la ŝild-kapputo.

La elektra kampa forto sur la ekstera surfaco de la vakuum-interruptilo estas relative malgranda. Pli bone aspektas el la figuro, ke en la areoj proksimaj al la du finoj de la ceramika huso de la vakuum-interruptilo kaj proksime de la kapputoj de la interruptilo, la elektraj kampan forto-valoroj estas pli grandaj ol ĉe aliaj pozicioj laŭ la surfaco.

Kiam la kontaktoj de la vakuuma cirkvito-brekejo estas fermitaj, alta voldo de 125 kV estas aplikita al la centra konduktro, kaj la potencialo ĉe la malfinifa limo estas agordita al 0. Post la ŝargo, la kalkulo montras, ke la elektra kampa forto estas tre malgranda kaj ene kaj ekster la cirkvito-brekejo, kun la maksimuma elektra kampa forto estanta 0.8 kV/mm. La elektra kampa forto estas uniforme distribuita, kaj la voldo ĉirkaŭ la kontaktoj montras gradientan distribuan tendencon centrigitan ĉe la kontaktoj.

• (a) Elektra kampa konturmapo de la vakuum-interruptilo je 50% kontaktmalferm-distanco

• (b) Elektra kampa konturmapo de la vakuum-interruptilo je 80% kontaktmalferm-distanco

• (c) Elektra kampa konturmapo de la vakuum-interruptilo je 100% kontaktmalferm-distanco

Konkludo

Per la analizo kaj esploro de la elektra kampo de la 10kV ekstera alta-volda AC vakuuma cirkvito-brekejo, la varioj de la elektra kampa forto kaj potencialo de la cirkvito-brekejo sub malsamaj limaj kondiĉoj estas ricevitaj. El la supraj rezultoj, estas klare, ke per uzo de ANSYS por akurate simuladi la prototipon de la objekto kaj apliki la finhavan elementmetodon por numeraj kalkuloj de la elektra kampo kaj potencialo, precizaj kalkuloj de la varioj de la elektra kampo kaj potencialo ene de la vakuum-interruptilo povas esti atingitaj.