Pagsusuri ng pagkakataon ng insulation ng 10kV outdoor vacuum circuit breakers

Pagpapakilala

Ang vacuum interrupter ang pinakamahalagang bahagi ng isang vacuum circuit breaker. Ito ay may maraming mga abilidad, tulad ng malaking kakayahan sa pag-break, madalas na operasyon, mahusay na performance sa pag-extinguish ng arc, walang polusyon, at kompak na sukat. Habang ang mga vacuum circuit breaker ay umuunlad patungo sa mas mataas na antas ng voltaje, ang mas malalim na pag-aaral sa panloob at panlabas na insulation performance ng mga outdoor vacuum interrupters ay mas kinakailangan.

Ang distribusyon ng elektrikong field sa loob ng interrupter ay may malaking epekto sa insulation performance ng vacuum circuit breaker. Ang hindi pantay na distribusyon ng elektrikong field ay maaaring magresulta sa pag-breakdown ng contact gap, na sa huli ay nagdudulot ng pagkabigo ng circuit breaker na buksan. Ang pag-install ng grading shield sa loob ng vacuum interrupter ay maaaring homogenize ang panloob na distribusyon ng elektrikong field, nagbibigay ng mas makatwiran at kompak na estruktura sa vacuum interrupter.

Gayunpaman, ang pagdaragdag ng shield ay nagdudulot din ng mga pagbabago sa distribusyon ng elektrikong field sa loob ng interrupter. Upang ma-verify nang tama ang insulation performance ng interrupter at analisin ang impluwensya ng shield sa distribusyon ng elektrikong field, ang paggawa ng numerical analysis ng elektrikong field ng outdoor vacuum circuit breaker ay isang pangunahing hakbang sa pagsusuri ng reliabilidad ng produkto.

Kaya, ang papel na ito ay sumusuri at nagdidisenyo ng insulation structure ng bagong uri ng 10kV outdoor high-voltage AC vacuum circuit breaker na independiyenteng inimbento at ginawa ng mga lokal na switch production enterprises.

Kapag gumagawa ng electrostatic field analysis ng vacuum circuit breaker, isinasapawan ang mga hangganan ng modelo, at ginagamit ang tetrahedral meshing elements batay sa estruktura ng modelo. Ang pag-mesh ng grid ay isinasagawa gamit ang intelligent meshing. Dahil ang vacuum circuit breaker ay may axisymmetric structure, ang vacuum interrupter ay hinati-hatiin sa X-axis ng three-dimensional coordinate system. Ang kagandahan ng paggamit ng intelligent meshing ay nasa mga lugar kung saan may malaking pagbabago sa curvature ng graph, ang grid division ay napakadense, habang sa mga lugar na may regular na estruktura, ang grid density ay medyo mababa.

Batay sa dalawang working positions ng mga contact ng circuit breaker, na ang breaking at closing positions, at iba't ibang open distances ng mga contact sa proseso ng pag-break, isinasagawa ang electric field analysis sa vacuum interrupter. Inidetify ang mga katangian ng distribusyon ng elektrikong field at ang mga puntos ng concentration ng field strength. Ang mga puntos ng concentration ng field strength ang mga pangunahing lugar ng analisis sa papel na ito. Ang mga resulta ng elektrikong field na nakuha sa iba't ibang kondisyon ay ipinaghihinala.

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 papel na ito ay tumitingin sa insulation performance sa pagitan ng isolation break points sa ilalim ng rated lightning impulse withstand voltage. Isinasapawan ang mataas na voltage na 125 kV sa stationary contact ng circuit breaker, at zero potential na 0 sa moving contact. Nakuhang 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 distortion ng elektrikong field ay napipigilan, na nagreresulta sa napakapantay at symmetrical na distribution ng voltage sa lugar malapit sa mga contact. 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 nabanggit na tatlong iba't ibang contact opening distances.

Para sa vacuum circuit breaker sa 50% contact opening distance, ang pinakamataas na electric field strength ay lumilitaw sa dulo ng shielding cover, na may halaga na 25.4 kV/mm. Sa oras na ito, ang electric field strength sa pagitan ng mga contact ay napakataas kumpara sa unang dalawang opening distances. Ang grading shielding cover ay nagbibigay ng gradient distribution ng voltage malapit sa mga contact, at ang electric field strength ay pantay na distributed, na may relatibong malaking electric field strength sa pagitan ng mga contact.

Kapag ang contact opening distances ng vacuum circuit breaker ay 80% at 100%, ang pinakamataas na electric field strengths ay 21.2 kV/mm at 18.1 kV/mm respectively. Ang voltage malapit sa mga contact 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 mula sa mga larawan na kapag ang panlabas na insulating medium ay constant at uniform, ang mga lugar na may relatibong malaking distribution ng electric field sa vacuum interrupter ay pangunahing nakonsentrado sa end surfaces ng moving at stationary contacts at sa itaas at ibaba ng shielding cover. Ang mga insulation-vulnerable areas na ito ay prone sa insulation breakdown. Kaya, sa aktwal na disenyo ng produkto, maaaring i-improve ang distribution ng electric field sa mga puntos ng concentrated field strength sa pamamagitan ng optimization design methods tulad ng pagtaas ng curvature ng end surfaces ng moving at stationary contacts at pagblunt ng mga sharp corners sa parehong dulo ng shielding cover.

Ang electric field strength sa labas na surface ng vacuum interrupter ay relatibong maliit. Makikita mula sa larawan na sa mga lugar malapit sa parehong dulo ng ceramic housing ng vacuum interrupter at malapit sa end cover plates ng interrupter, ang mga halaga ng electric field strength ay mas malaki kaysa sa iba pang posisyon sa ibabaw.

Kapag sarado ang mga contact ng vacuum circuit breaker, isinasapawan ang mataas na voltage na 125 kV sa central conductor, at ang potential sa infinite-far boundary ay itinakda sa 0. Matapos ang loading, ang kalkulasyon ay nagpapakita na napakaliit ang electric field strength 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 paligid sa mga contact ay nagpapakita ng gradient distribution trend na nakatuon sa mga contact.

• (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

Kasimpulan

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