ניתוח ביצועי המבודד של מפרקי חשמל תחת-לחץ 10kV למחוץ

הקדמה

המפריד הווואקום הוא המרכיב החשוב ביותר במתג מעגל וואקום. הוא يتم愠ר ביתרונות רבים, כגון יכולת ניתוק גבוהה, יכולת פעולה תדירה, ביצועים מצוינים של כיבוי קשת, חוסר זיהום וגודל קומפקטי. ככל שממתגי מעגל וואקום מתפתחים לדרגות מתח גבוהות יותר, מחקר מעמיק על הביצועים האלקטריים הפנימיים והחיצוניים של מפרידי וואקום חיצוניים נעשים יותר נחוצים.

התפלגות השדה החשמלי בתוך המפריד משפיעה באופן משמעותי על הביצועים האלקטריים של מתג המעגל הוואקום. התפלגות לא אחידה של השדה החשמלי יכולה להוביל לפיצוץ במרווח הנעילה, בסופו של דבר גורם לכישלון פתיחה של המתג. התקנת מגן דירוג בתוך המפריד הוואקום יכולה להפוך את התפלגות השדה החשמלי הפנימית לנוחה, מה שהופך את המבנה של המפריד הוואקום לרציונלי וכיפי יותר.

עם זאת, ההוספה של המגן גם גורמת לשינויים בתפלגות השדה החשמלי בתוך המפריד. כדי לוודא באופן מדויק את הביצועים האלקטריים של המפריד ולהבין את השפעת המגן על התפלגות השדה החשמלי, ניתוח מספרי של השדה החשמלי של מתג המעגל הוואקום החיצוני הוא צעד מפתח בהוכחת אמינות המוצר.

לכן, מאמר זה מטפל בביצוע ניתוח ומגדר מבנה האלקטריות של סוג חדש של מתג מעגל וואקום חילופין באורך גל גבוה של 10kV לחוץ, שפותח ומיוצר באופן עצמאי על ידי חברות ייצור מתגים מקומיות.

כאשר מבצעים ניתוח של שדה סטטי של מתג המעגל הוואקום, מפעילים מתח בגבולות הדגם, ומשתמשים בעקומות טטרהדרליות בהתאם למבנה הדגם. הרשת של הגראד היא באמצעות רשת חכמה. מכיוון שמתג המעגל הוואקום הוא מבנה סימטרי סביב ציר, המפריד הוואקום חתוך לאורך ציר X של מערכת הקואורדינטות התלת-ממדית. יתרון השימוש ברשת חכמה הוא בכך שבאזורים בהם יש שינוי גדול בקמירות של הגרף, החלוקה של הרשת היא מאוד צפופה, בעוד שבאזורים עם מבנה יותר סדיר, הצפיפות של הרשת היא נמוכה יחסית.

מבוסס על שני מצבים של פעילות הנעילה של המתג,すみません、続きの翻訳を提供します： つまり、断路器触点的闭合和断开位置，以及断开过程中触点的不同开距，分别对真空灭弧室进行了电场分析。确定了电场分布特性和场强集中点。场强集中点是本文分析的关键区域。比较了在不同条件下的电场结果。

תמונה 1 - תרשים מוגדל של המבנה הפנימי של המפריד הוואקום

תמונה 1 - לוח כיסוי סטטי; 2 - כיסוי מגן ראשי; 3 - נקודת מגע; 4 - פליאדה; 5 - לוח כיסוי נייד; 6 - מוט מוליך סטטי; 7 - גוף מבודד; 8 - מוט מוליך נייד

תוצאות חישוב ואנליזה

מאמר זה בוחן את הביצועים האלקטריים בין נקודות הפרדת ההפרדה תחת מתח עמידה לתנאי ברק מרבי. מפעילים מתח גבוה של 125 kV על נקודת המגע הסטטית של המתג, ומפעילים פוטנציאל אפס של 0 על נקודת המגע הנעה. מתקבלת התפלגות הפוטנציאל של כל המתג כאשר מרחקי הפתיחה של נקודות המגע הם 50%, 80% ו-100% בהתאמה. יחידת הפוטנציאל היא V, ויחידת עוצמת השדה החשמלי היא V/m.

בשל קיום כיסוי המגן במפריד הוואקום, מדכאת התעוות בשדה החשמלי, מה שנותן תפלגות מתח מאוד אחידה וסימטרית באזור הקרוב לנקודות המגע. הפוטנציאל הצף על כיסוי המגן הוא בערך 60 kV.

• התפלגות הפוטנציאל של המפריד הוואקום במרחק פתיחה של 50% בין נקודות המגע

• התפלגות הפוטנציאל של המפריד הוואקום במרחק פתיחה של 80% בין נקודות המגע

•  התפלגות הפוטנציאל של המפריד הוואקום במרחק פתיחה של 100% בין נקודות המגע

בתמונה 2, התמונות (a) - (c) הן מפות מתאר של התפלגות עוצמת השדה החשמלי במפריד הוואקום בשלושת מריחי הפתיחה השונים בין נקודות המגע.

עבור מתג המעגל הוואקום במרחק פתיחה של 50% בין נקודות המגע, עוצמת השדה החשמלי המרבית מופיעה בסוף כיסוי המגן, עם ערך של 25.4 kV/mm. בנקודה זו, עוצמת השדה החשמלי בין נקודות המגע היא משמעותית גבוהה יותר מאשר בשני מריחי הפתיחה הקודמים. כיסוי המגן המדרג מאפשר לתפלגות המתח להיות מדורגת בסביבת נקודות המגע, ועוצמת השדה החשמלי מתפלגת באופן אחיד, עם עוצמת שדה חשמלי גבוהה יחסית בין נקודות המגע.

כאשר מריחי הפתיחה של מתג המעגל הוואקום הם 80% ו-100%, העוצמות המרביות של השדה החשמלי הן 21.2 kV/mm ו-18.1 kV/mm בהתאמה. המתח בסביבת נקודות המגע מוצג בצורה מדורגת, ועוצמת השדה החשמלי מתפלגת באופן אחיד.

• מפת מתאר של השדה החשמלי במפריד הוואקום במרחק פתיחה של 50% בין נקודות המגע

• מפת מתאר של השדה החשמלי במפריד הוואקום במרחק פתיחה של 80% בין נקודות המגע

• מפת מתאר של השדה החשמלי במפריד הוואקום במרחק פתיחה של 100% בין נקודות המגע

ניתן לראות מהתמונות כי כאשר המדיה המבודדת החיצונית היא קבועה ואחת, האזורים בעלי עוצמת השדה החשמלי הגבוהה במפריד הוואקום מתרכזים בעיקר על פני השטח של נקודות המגע הסטטיות והניידות ועל הקצוות העליונים והתחתונים של כיסוי המגן. אזורים אלו המודדים חסרי ביצועים הם פגיעים לפיצוץ חשמלי. לכן, בתכנון האמיתי של המוצר, ניתן לשפר את התפלגות השדה החשמלי בנקודות המרכז של עוצמת השדה החשמלי באמצעות שיטות עיצוב מתקדמות כמו הגדלת קמירות פני השטח של נקודות המגע הסטטיות והניידות והפיכת הזוויות החדות בקצות כיסוי המגן לעגולות.

עוצמת השדה החשמלי על פני השטח החיצוני של המפריד הוואקום היא יחסית קטנה. ניתן לראות מהתמונה כי באזורים הקרובים לשני הקצוות של גוף הקרמיקה של המפריד הוואקום וללוחות הכיסוי של המפריד, ערכי עוצמת השדה החשמלי גדולים יותר מאשר במקום אחר לאורך המשטח.

כאשר נקודות המגע של מתג המעגל הוואקום סגורות, מפעילים מתח גבוה של 125 kV על המוליך המרכזי, ומקנים פוטנציאל אפס בגבול הרחוק. לאחר ההטענה, החישוב מראה כי עוצמת השדה החשמלי היא מאוד קטנה הן בתוך המתג והן מחוץ אליו, עם עוצמת שדה חשמלי מרבית של 0.8 kV/mm. עוצמת השדה החשמלי מתפלגת באופן אחיד, והמתח סביב נקודות המגע מוצג בתנאי מדרגה הממוקדים סביב נקודות המגע.

• (a) מפת מתאר של השדה החשמלי במפריד הוואקום במרחק פתיחה של 50% בין נקודות המגע

• (b) מפת מתאר של השדה החשמלי במפריד הוואקום במרחק פתיחה של 80% בין נקודות המגע

• (c) מפת מתאר של השדה החשמלי במפריד הוואקום במרחק פתיחה של 100% בין נקודות המגע

מסקנה

דרך ניתוח המחקר על השדה החשמלי של מתג המעגל הוואקום חילופין באורך גל גבוה של 10kV לחוץ, נצפו השינויים בעוצמת השדה החשמלי ובפוטנציאל של המתג בתנאים גבול שונים. מתוך התוצאות לעיל, ברור כי באמצעות שימוש ב-ANSYS למדמה מדויקת של הפרוטוטיפ של האובייקט וניהול חישובים מספריים בשיטה של אלמנטים סופיים, ניתן להשיג חישובים מדויקים של השינויים בעוצמת השדה החשמלי ובפוטנציאל בתוך המפריד הוואקום.