10kV välikas vakuumkatkisite eristusjõu analüüs

Sissejuhatus

Vakuumprengeldaja on vakuupõhise lüliti kõige olulisem komponent. See omab palju eeliseid, nagu suur katkemisvõime, sagedane kasutus, suurepärane lükkegaasi tuvastamisjõudlus, puudumine saaste ja kompaktne suurus. Kuna vakuupõhised lülitid arenevad üha kõrgema pingetase poole, on välimuse ja siseinsulatsioonide võimetuse uurimine vabaõhus asuvate vakuumprengeldajate puhul muutumas üha olulisemaks.

Prengeldaja sees oleva elektrivälja jaotus mõjutab oluliselt vakuupõhise lülitite insulatsioonivõimet. Ebatasane elektrivälja jaotus võib põhjustada kontaktivahe katkemist, mis lõpuks viib lülitite avamise ebaõnnestumiseni. Vakuumprengeldaja sees paigutatud gradueeritud kaitseekraan võib homogeeneerida sisemist elektrivälja jaotust, muutes vakuumprengeldaja struktuuri rohkem loogiliseks ja kompaktsemaks.

Siiski põhjustab ka ekraani lisamine muutusi prengeldaja sees olevas elektriväljas. Et täpselt kontrollida prengeldaja insulatsioonivõimet ja analüüsida ekraani mõju elektrivälja jaotusele, on numbriline analüüs vabaõhus asuva vakuupõhise lülitite elektriväljale oluline samm toote usaldusväärsuse kinnitamisel.

Seega analüüsitakse ja disainitakse selles artiklis uue tüübi 10kV vabaõhus asuva kõrgepinge AC vakuupõhise lülitite insulatsiooniline struktuur, mille on iseseisvalt arendanud ja valmistanud kodumaal asuvad lülititootjad.

Kui teostatakse vakuupõhise lülitite elektrostaatilise välja analüüsi, rakendatakse mudeli piiridele pinget ning vastavalt mudeli struktuurile kasutatakse tetraedrilisi võrklemiselemente. Võrgu luomine toimub intelligentsse võrglemise abil. Kuna vakuupõhine lülititellimus on teljestikune, siis vakuumprengeldaja lõigatakse kolmemõõtmelise koordinaatsüsteemi X-telje järgi. Intelligentsesse võrglemisse kuulub see, et piirkondades, kus graafiku krümmus muutub tuntavalt, on võrgustik väga tihe, samas kui regulaarsemas struktuuris on võrgustiku tihedus suhteliselt madal.

Põhinedes lülitite kontaktide kahe tööpositsiooni, nimelt katkemis- ja sulgemispositsioonil, ning erinevatel kontaktide vahekaugustel katkemisperioodil, tehakse elektrivälja analüüs vakuumprengeldaja jaoks. Määratakse elektrivälja jaotuse omadused ja väljakohanduse tugevuse konsentratsioonipunktid. Nende konsentratsioonipunktide analüüs on selle artikli põhiline osa. Võrreldakse erinevates tingimustes saadud elektrivälja tulemusi.

Joonis 1 Vakuumprengeldaja sisestruktuuri suurendatud joonis

Joonis 1 - Statiline otsikatla; 2 - Peamine kaitsekatla; 3 - Kontakt; 4 - Bellows; 5 - Liikuv otsikatla; 6 - Statiline juhtiv raud; 7 - Isolatsioonikatla; 8 - Liikuv juhtiv raud

Arvutustulemused ja analüüs

Selles artiklis uuritakse insulatsioonivõimet lahutuskattepunktide vahel mingi nominalmõõduga ukskõrva all. Lülitite statilisele kontaktile rakendatakse 125 kV suurust korrapinget ning liikuvale kontaktile antakse nullpotentsiaal (0). Saadakse terve lülitite potentsiaalijaotus, kui kontaktide vahekaugused on vastavalt 50%, 80% ja 100%. Potentsiaaliühik on V, elektrivälja tugevuse ühik on V/m.

Kuna vakuumprengeldajas on olemas kaitsekatla, takistatakse elektrivälja distorsiooni, mis tulemuseks on väga ühtlane ja sümmeetriline pinged jaotus kontaktide läheduses. Kaitsekatla peal on umbes 60 kV suurune vedeltpotentsiaal.

• Vakuumprengeldaja potentsiaaljaotus 50% kontaktide vahekauguse korral

• Vakuumprengeldaja potentsiaaljaotus 80% kontaktide vahekauguse korral

•  Vakuumprengeldaja potentsiaaljaotus 100% kontaktide vahekauguse korral

Joonisel 2 on kujud (a) - (c) vastavalt ülalnimetatud kolme erineva kontaktide vahekauguse korral vakuumprengeldaja elektrivälja tugevuse kontuurjooned.

Vakuupõhise lülitite puhul 50% kontaktide vahekauguse korral ilmneb maksimaalne elektrivälja tugevus kaitsekatla lõpus, mille väärtus on 25,4 kV/mm. Sel ajal on kontaktide vaheline elektrivälja tugevus märkimisväärselt kõrgem kui eelmistes kahte avamisel. Gradueeritud kaitsekatla teeb kontaktide läheduses olevast voltagest gradiendi jaotuse, mille tulemuseks on tasakaalustatud elektrivälja tugevus, kuid kontaktide vahel on suhteliselt suur elektrivälja tugevus.

Kui vakuupõhise lülitite kontaktide vahekaugused on 80% ja 100%, on vastavalt maksimaalsed elektrivälja tugevused 21,2 kV/mm ja 18,1 kV/mm. Kontaktide läheduses olev volti näitab gradiendi jaotust, elektrivälja tugevus on tasakaalustatult jaotunud.

• Vakuumprengeldaja elektrivälja kontuurjoon 50% kontaktide vahekauguse korral

• Vakuumprengeldaja elektrivälja kontuurjoon 80% kontaktide vahekauguse korral

• Vakuumprengeldaja elektrivälja kontuurjoon 100% kontaktide vahekauguse korral

Joonistustest on näha, et kui välisinsulatsioonimeedium on konstantne ja ühtlane, on vakuumprengeldaja sees suhteliselt suure elektrivälja tugevusega alad peamiselt koncentreeritud liikuvate ja statiliste kontaktide lõikepindadel ning kaitsekatla ülem- ja alampoolsetel servadel. Need insulatsioonikutsed alad on insulatsioonikatkestusele alt pooldatud. Seega on tegelikus toote disainis võimalik nende tugevuse konsentratsioonipunktide elektrivälja jaotust parandada optimeerimismeetodite, nagu kontaktide lõikepindade krümmuse suurendamise ja kaitsekatla servade nürinamise, abil.

Vakuumprengeldaja välispindade kohal on elektrivälja tugevus suhteliselt väike. Jooniselt on näha, et vakuumprengeldaja keramiikkatla kahel otsel ja prengeldaja otsikatlade läheduses olevatel aladel on elektrivälja tugevuste väärtused suuremad kui muudes pindade positsioonidel.

Kui vakuupõhise lülitite kontaktid on sulgedud, rakendatakse keskmisele juhtivale raudale 125 kV suurust korrapinget ning lõpmatu kauguse piiril on potentsiaal seatud 0-le. Laadimise järel arvutatakse, et nii lülitite sees kui ka väljaspool on elektrivälja tugevus väga väike, maksimaalne elektrivälja tugevus on 0,8 kV/mm. Elektrivälja tugevus on tasakaalustatult jaotunud, kontaktide ümber on volti gradiendi jaotuskeskne.

• (a) Vakuumprengeldaja elektrivälja kontuurjoon 50% kontaktide vahekauguse korral

• (b) Vakuumprengeldaja elektrivälja kontuurjoon 80% kontaktide vahekauguse korral

• (c) Vakuumprengeldaja elektrivälja kontuurjoon 100% kontaktide vahekauguse korral

Järeldus

10kV vabaõhus asuva kõrgepinge AC vakuupõhise lülitite elektrivälja analüüsi ja uurimise kaudu on saadud lülitite elektrivälja tugevuse ja potentsiaali muutused erinevates piiritingimustes. Ülaltoodud tulemustest on selge, et ANSYSi kasutamine objekti prototüübi täpseks simulatsiooniks ja lõplikute elementide meetodit kasutava numbrilise arvutusega saab täpselt arvutada vakuumprengeldaja sees oleva elektrivälja ja potentsiaali muutusi.