Izolācijas veiktspējas analīze 10kV āra vakuumu līkstniņiem

Ievads

Vakuumu pārtraukis ir visbūtiskākais sastāvdaļa vakuumu pārtraukuķī. Tas piedāvā daudzus priekšrocības, piemēram, lielu pārtraukuma spēju, biežas izmantošanas iespēju, labu loku apgāšanas veiktspēju, bez piesārņojuma un kompakto izmēru. Jo vairāk vakuumu pārtraukuķī evolucē uz augstākiem spriegumiem, jo vairāk nepieciešama nolieguma pētījums par ārējo un iekšējo izolācijas veiktspēju āra vakuumu pārtraukos.

Elektriskā lauka sadalījums pārtraukī būtiski ietekmē vakuumu pārtraukuķī izolācijas veiktspēju. Nenozīmīgs elektriskā lauka sadalījums var novest pie kontaktu atstarpes sabrukuma, kas galu galā rada pārtraukuķī neizdošanos atvērt. Iekšpusē vakuumu pārtraukī instalēta graduačanās aizsargs var vienmērīgot iekšējo elektriskā lauka sadalījumu, padarot vakuumu pārtraukī struktūru racionālāku un kompaktāku.

Tomēr aizsarga pievienošana arī izraisa elektriskā lauka sadalījuma maiņu pārtraukī. Lai precīzi pārbaudītu pārtraukī izolācijas veiktspēju un analizētu aizsarga ietekmi uz elektriskā lauka sadalījumu, skaitliskā analīze par elektriskā lauka vakuumu pārtraukuķī ir galvenais solis produktu uzticamības apstiprināšanā.

Tādēļ šajā darbā tiek analizēta un dizainēta jauna 10 kV āra augsprieguma AC vakuumu pārtraukuķī izolācijas struktūra, ko neatkarīgi izstrādāja un ražoja mājas zariņu ražošanas uzņēmumi.

Veicot vakuumu pārtraukuķī elektrostāvokļa analīzi, modelim robežās tiek piemērots spriegums, un saskaņā ar modeļa struktūru tiek izmantoti tetraedrus formā dabisks tīkls. Tīkla sadalīšana notiek, izmantojot intelektuālo tīklu. Ņemot vērā, ka vakuumu pārtraukuķī ir assimetrija struktūra, vakuumu pārtraukis tiek sadalīts pa X ass trimdaškoordinātu sistēmu. Intelektuālā tīkla izmantošanas priekšrocība ir tāda, ka grafika liekuma mainīgās teritorijās tīkla sadalījums ir ļoti blīvs, bet regulārākās struktūras teritorijās tīkla blīvums ir salīdzinoši zems.

Pamatojoties uz pārtraukuķī kontaktu diviem darbības stāvokļiem, proti, pārtraukuma un slēguma pozīcijām, kā arī dažādām kontaktu atstarpei laikā pārtraukuma procesā, tiek veikta elektriskā lauka analīze vakuumu pārtraukī. Tiek noteikti elektriskā lauka sadalījuma raksturlielumi un lauka stipruma koncentrācijas punkti. Laika stipruma koncentrācijas punkti ir šī darba galvenie analīzes punkti. Tieks salīdzināti elektriskā lauka rezultāti, kas iegūti dažādos nosacījumos.

Attēls 1 Vakuumu pārtraukī iekšējā paplašinātā struktūras diagramma

Attēls 1 - Stāvējoša gala akmens plāksne; 2 - Galvenais aizsargs; 3 - Kontakts; 4 - Belts; 5 - Pārvietojamā gala akmens plāksne; 6 - Stāvējošs ledošais stieps; 7 - Izolācijas korpusa; 8 - Pārvietojamais ledošais stieps

Aprēķina rezultāti un analīze

Šajā darbā tiek pētīta izolācijas veiktspēja starp atsevišķiem izolācijas punktiem nomnieka mirdziena impulsa izturēšanas sprieguma apstākļos. Augsts spriegums 125 kV tiek piemērots pārtraukuķī stāvējošam kontaktpunktam, un nulle (0) tiek piemērota pārvietojamam kontaktpunktam. Tiek iegūtas visu pārtraukuķī potenciāla sadalījumi, kad kontaktu atstarpe ir 50%, 80% un 100%. Potenciāla mērvienība ir V, un elektriskā lauka stipruma mērvienība ir V/m.

Lai gan vakuumu pārtraukī ir aizsargs, elektriskā lauka deformācija tiek samazināta, rezultātā tuvāk kontaktiem ir ļoti vienmērīgs un simetriskais sprieguma sadalījums. Aizsargā esošais plūstošais potenciāls ir aptuveni 60 kV.

• Vakuumu pārtraukī potenciāla sadalījums 50% kontaktu atstarpei

• Vakuumu pārtraukī potenciāla sadalījums 80% kontaktu atstarpei

•  Vakuumu pārtraukī potenciāla sadalījums 100% kontaktu atstarpei

Attēlā 2, attēli (a) - (c) ir elektriskā lauka stipruma sadalījuma kontūras vakuumu pārtraukī minētajās trim dažādās kontaktu atstarpēs.

Vakuumu pārtraukuķī ar 50% kontaktu atstarpi, maksimālais elektriskā lauka stiprums parādās aizsargā beigās ar vērtību 25,4 kV/mm. Šajā laikā kontaktu starpībā elektriskā lauka stiprums ir būtiski lielāks nekā iepriekšējās divas atstarpes. Graduačanās aizsargs padara spriegumu tuvāk kontaktiem, parādot gradientu sadalījumu, un elektriskā lauka stiprums ir vienmērīgi sadalīts, ar relatīvi lielu elektriskā lauka stiprumu kontaktu starpībā.

Kad vakuumu pārtraukuķī kontaktu atstarpes ir 80% un 100%, maksimālie elektriskā lauka stiprumi ir atbilstoši 21,2 kV/mm un 18,1 kV/mm. Spriegums tuvāk kontaktiem parādā gradientu sadalījumu, un elektriskā lauka stiprums ir vienmērīgi sadalīts.

• Vakuumu pārtraukī elektriskā lauka kontūras 50% kontaktu atstarpei

• Vakuumu pārtraukī elektriskā lauka kontūras 80% kontaktu atstarpei

• Vakuumu pārtraukī elektriskā lauka kontūras 100% kontaktu atstarpei

No attēliem redzams, ka, kad ārējais izolācijas vidējs ir nemainīgs un vienmērīgs, vakuumu pārtraukī relativi lielā elektriskā lauka stipruma sadalījuma teritorijas ir galvenokārt koncentrētas uz pārvietojamo un stāvējošo kontaktu galiem un aizsarga virsotnēm. Šīs izolācijas jūtīgās teritorijas ir pazīstamas ar izolācijas sabrukumu. Tādēļ faktiskajā produktu dizainā, elektriskā lauka sadalījuma punktos, kur koncentrēts lauka stiprums, var uzlabot, izmantojot optimizācijas metodes, piemēram, palielinot pārvietojamo un stāvējošo kontaktu galiem liekumu un nomellot aizsarga virsotnes.

Vakuumu pārtraukī ārējās virsmas elektriskā lauka stiprums ir salīdzinoši mazs. No attēla redzams, ka tālāk no vakuumu pārtraukī keramisko korpusa abi gali un tuvāk pārtraukī gala akmens plāksnes elektriskā lauka stipruma vērtības ir lielākas nekā citās virsmas pozīcijās.

Kad vakuumu pārtraukuķī kontakti ir slēgti, centrālajam vedējam tiek piemērots augsts spriegums 125 kV, un bezgalīgi tālu robeža tiek iestatīta uz 0. Pēc ielādes aprēķini parāda, ka elektriskā lauka stiprums ir ļoti mazs gan iekšpusē, gan ārpusē pārtraukuķī, ar maksimālo elektriskā lauka stiprumu 0,8 kV/mm. Elektriskā lauka stiprums ir vienmērīgi sadalīts, un spriegums tuvāk kontaktiem parādā gradientu sadalījumu, kas centrs ir kontakti.

• (a) Vakuumu pārtraukī elektriskā lauka kontūras 50% kontaktu atstarpei

• (b) Vakuumu pārtraukī elektriskā lauka kontūras 80% kontaktu atstarpei

• (c) Vakuumu pārtraukī elektriskā lauka kontūras 100% kontaktu atstarpei

Secinājumi

Analizējot un pētot 10 kV āra augsprieguma AC vakuumu pārtraukuķī elektriskā lauka, tika iegūti pārtraukuķī elektriskā lauka stipruma un potenciāla izmaiņas dažādos robežnosacījumos. No iepriekšējiem rezultātiem ir skaidrs, ka, izmantojot ANSYS, precīzi simulējot objektu prototipu un lietojot galveno elementu metodi skaitliskajiem aprēķiniem elektriskā lauka un potenciāla, var sasniegt precīzus aprēķinus par elektriskā lauka un potenciāla izmaiņām vakuumu pārtraukī.