Analyse praestantiae insulationis interruptorum vacui externorum 10kV

Introducere

Interruptorul vacuu este componenta cea mai crucială într-un disjunctor de curcuit cu vid. Acesta are numeroase avantaje, cum ar fi capacitatea mare de întrerupere, operabilitatea frecventă, performanța excelentă de stinger arc, lipsa poluării și dimensiunea compactă. În timp ce disjunctoarele de circuit cu vid se dezvoltă către niveluri de tensiune mai mari, cercetarea aprofundată a performanței izolației interne și externe a interruptorilor cu vid pentru exterior devine mai necesară.

Repartiția câmpului electric în interiorul interruptorului influențează semnificativ performanța de izolare a disjunctorului de circuit cu vid. O repartiție inegală a câmpului electric poate duce la ruperea intervalului de contact, rezultând în eșecul deschiderii disjunctorului. Instalarea unui scut de gradare în interiorul interruptorului cu vid poate omogeniza repartiția internă a câmpului electric, făcând structura interruptorului cu vid mai rațională și compactă.

Cu toate acestea, adăugarea scutului provoacă, de asemenea, schimbări în repartiția câmpului electric în interiorul interruptorului. Pentru a verifica cu acuratețe performanța de izolare a interruptorului și pentru a analiza influența scutului asupra repartiției câmpului electric, efectuarea unei analize numerice a câmpului electric al disjunctorului de circuit cu vid pentru exterior este un pas cheie în validarea fiabilității produsului.

Prin urmare, acest articol analizează și proiectează structura de izolare a unui nou tip de disjunctor de circuit cu vid AC de înaltă tensiune pentru exterior de 10kV, dezvoltat și fabricat independent de întreprinderile de producție de comutatoare din țară.

Când se efectuează o analiză a câmpului electrostatic al disjunctorului de circuit cu vid, se aplică o tensiune la limitele modelului, iar elementele de plasare tetraedrice sunt utilizate în funcție de structura modelului. Plasarea rețelei se face prin folosirea plasării inteligente. Deoarece disjunctorul de circuit cu vid are o structură axialsimetrică, interruptorul cu vid este secționat de-a lungul axei X a sistemului de coordonate tridimensional. Avantajul folosirii plasării inteligente constă în faptul că, în zonele unde curbura graficului se schimbă semnificativ, diviziunea rețelei este foarte densă, în timp ce în zonele cu o structură mai regulată, densitatea rețelei este relativ mică.

Pe baza celor două poziții de lucru ale contactelor disjunctorului, și anume pozițiile de întrerupere și de închidere, precum și a diferitelor distanțe de deschidere a contactelor în timpul procesului de întrerupere, se efectuează o analiză a câmpului electric pe interruptorul cu vid. Se determină caracteristicile repartiției câmpului electric și punctele de concentrare a intensității câmpului. Punctele de concentrare a intensității câmpului sunt zonele cheie de analiză în acest articol. Se compară rezultatele câmpului electric obținute sub diverse condiții diferite.

Figura 1 Diagramă ampliată a structurii interne a interruptorului cu vid

Figura 1 - Placă de acoperire fixă; 2 - Acoperire principală de scut; 3 - Contact; 4 - Plic; 5 - Placă de acoperire mobilă; 6 - Bară conductivă fixă; 7 - Carcasa izolatoare; 8 - Bară conductivă mobilă

Rezultatele calculului și analiza

Acest articol examinează performanța de izolare între punctele de întrerupere de izolare la tensiunea nominală de impuls de fulger. Se aplică o tensiune ridicată de 125 kV contactului fix al disjunctorului, iar un potențial nul de 0 se aplică contactului mobil. Se obțin distribuțiile de potențial ale întregului disjunctor atunci când distanțele de deschidere a contactelor sunt respectiv 50%, 80% și 100%. Unitatea de potențial este V, iar unitatea de intensitate a câmpului electric este V/m.

Datorită prezenței acoperirii de scut în interruptorul cu vid, distorsionarea câmpului electric este suprimată, rezultând într-o distribuție foarte uniformă și simetrică a tensiunii în zona apropiată contactelor. Potențialul flotant pe acoperirea de scut este de aproximativ 60 kV.

• Distribuția de potențial a interruptorului cu vid la 50% din distanța de deschidere a contactelor

• Distribuția de potențial a interruptorului cu vid la 80% din distanța de deschidere a contactelor

•  Distribuția de potențial a interruptorului cu vid la 100% din distanța de deschidere a contactelor

În Figura 2, figurile (a) - (c) sunt hărțile de contur ale distribuției intensității câmpului electric în interruptorul cu vid sub cele trei diferite distanțe de deschidere a contactelor menționate mai sus.

Pentru disjunctorul de circuit cu vid la 50% din distanța de deschidere a contactelor, intensitatea maximă a câmpului electric apare la capătul acoperirii de scut, cu o valoare de 25,4 kV/mm. În acest moment, intensitatea câmpului electric între contacte este semnificativ mai mare decât la cele două distanțe de deschidere anterioare. Scutul de gradare face ca tensiunea în apropiere de contacte să prezinte o distribuție de gradient, iar intensitatea câmpului electric este distribuită uniform, cu o intensitate relativ mare a câmpului electric între contacte.

Când distanțele de deschidere a contactelor disjunctorului de circuit cu vid sunt 80% și 100%, intensitățile maxime ale câmpului electric sunt respectiv 21,2 kV/mm și 18,1 kV/mm. Tensiunea în apropiere de contacte prezintă o distribuție de gradient, iar intensitatea câmpului electric este distribuită uniform.

• Harta de contur a câmpului electric a interruptorului cu vid la 50% din distanța de deschidere a contactelor

• Harta de contur a câmpului electric a interruptorului cu vid la 80% din distanța de deschidere a contactelor

• Harta de contur a câmpului electric a interruptorului cu vid la 100% din distanța de deschidere a contactelor

Se poate observa din figuri că, atunci când mediul izolant extern este constant și uniform, zonele cu o distribuție relativ mare a intensității câmpului electric în interruptorul cu vid sunt concentrate în principal pe suprafețele de capăt ale contactelor mobile și fixe și pe capetele superioare și inferioare ale acoperirii de scut. Aceste zone vulnerabile la izolare sunt predispuze la ruperea izolării. Prin urmare, în proiectarea reală a produsului, distribuția câmpului electric în punctele de concentrare a intensității câmpului poate fi îmbunătățită prin metode de proiectare optimizate, cum ar fi creșterea curburii suprafețelor de capăt ale contactelor mobile și fixe și rostogolirea colțurilor ascuțite de la ambele capete ale acoperirii de scut.

Intensitatea câmpului electric pe suprafața exterioară a interruptorului cu vid este relativ mică. Se poate observa din figură că, în zonele apropiate de capetele carcacei de ceramica a interruptorului cu vid și aproape de plăcuțele de acoperire ale interruptorului, valorile intensității câmpului electric sunt mai mari decât în alte poziții de-a lungul suprafeței.

Când contactele disjunctorului de circuit cu vid sunt închise, se aplică o tensiune ridicată de 125 kV conductorului central, iar potențialul la limita infinit-fară este setat la 0. După încărcare, calculele arată că intensitatea câmpului electric este foarte mică atât în interior, cât și în exteriorul disjunctorului, cu intensitatea maximă a câmpului electric de 0,8 kV/mm. Intensitatea câmpului electric este distribuită uniform, iar tensiunea în jurul contactelor prezintă o tendință de distribuție de gradient centrată pe contacte.

• (a) Harta de contur a câmpului electric a interruptorului cu vid la 50% din distanța de deschidere a contactelor

• (b) Harta de contur a câmpului electric a interruptorului cu vid la 80% din distanța de deschidere a contactelor

• (c) Harta de contur a câmpului electric a interruptorului cu vid la 100% din distanța de deschidere a contactelor

Concluzie

Prin analiza și cercetarea câmpului electric al disjunctorului de circuit cu vid AC de înaltă tensiune pentru exterior de 10kV, s-au obținut variațiile în intensitatea câmpului electric și potențialul disjunctorului sub diferite condiții de frontieră. Din rezultatele de mai sus, este clar că, prin utilizarea ANSYS pentru a simula cu acuratețe prototipul obiectului și aplicarea metodei elementelor finite pentru calcularea numerică a câmpului electric și potențialului, se pot realiza calculări precise ale variațiilor în intensitatea câmpului electric și potențialul în interiorul interruptorului cu vid.