Анализа на изолативната ефикасност на 10кВ надворешни вакуумски прекинувачи

Вовед

Вакуумски прекинувач е најважната компонента во вакуумски прекинувач. Има многу предности, како голема прераспределна способност, честа функционалност, одлични карактеристики за гасење на дуг, без замургавање и компактен размер. Со тоа што вакуумските прекинувачи се развиваат кон поголеми напонски нивоа, подетално истражување на внатрешната и надворешната изолација на надворешните вакуумски прекинувачи е на повеќа потреба.

Разпределбата на електричното поле внатре во прекинувачот значително влијае на изолационите карактеристики на вакуумскиот прекинувач. Неравномерна разпределба на електричното поле може да доведе до пробој на контактната јаза, со што се стига до неуспех на прекинувачот да се отвори. Инсталирање на градирачки ѕит во вакуумскиот прекинувач може да униформизира внатрешната разпределба на електричното поле, правејќи структурата на вакуумскиот прекинувач по рационална и компактна.

Меѓутоа, додавањето на ѕитот исто така доведува до промени во разпределбата на електричното поле внатре во прекинувачот. За точна верификација на изолационите карактеристики на прекинувачот и анализа на влијанието на ѕитот врз разпределбата на електричното поле, провежувањето на бројчена анализа на електричното поле на надворешниот вакуумски прекинувач е клучен чекор во потврдувањето на надежноста на производот.

Затоа, овој труд анализира и дизајнира изолационата структура на нов тип 10кВ надворешен високонапонски AC вакуумски прекинувач, самостојно развиен и произведен од домашни производители на прекинувачи.

При водење на електростатичка анализа на вакуумскиот прекинувач, напон се применува на границите на моделот, а тетраедрални мрежни елементи се користат според структурата на моделот. Мрежата се извршува со интелигентно мрежење. Бидејќи вакуумскиот прекинувач има аксијално-симетрична структура, вакуумскиот прекинувач е секциониран вдоль X-оската на тродимензионалниот координатен систем. Преимот на користење на интелигентно мрежење е во тоа што во области каде што кривина на графикот се менува значително, мрежата е многу густа, додека во области со повеќе регуларна структура, густината на мрежата е релативно ниска.

На основа на двата работни положаја на контактите на прекинувачот, тоа е положајот на прекин и затварање, како и различните отворени растојанија на контактите при прекин, се врши електрична анализа на вакуумскиот прекинувач. Се определуваат карактеристиките на разпределбата на електричното поле и точки на концентрација на силата на полето. Точките на концентрација на силата на полето се клучните области на анализа во овој труд. Се сравнуваат резултатите на електричното поле добиени при различни услови.

Слика 1 Увеќнат дијаграм на внатрешната структура на вакуумскиот прекинувач

Слика 1 - Стационарна капак-плочка; 2 - Главен ѕит; 3 - Контакт; 4 - Белир; 5 - Плочка на движечкиот капак; 6 - Стационарна проводна џепа; 7 - Изолационен корпус; 8 - Движечки проводен стап

Резултати и анализа на пресметките

Овој труд истражува изолационите карактеристики меѓу точките на прекин под номинален напон на удар од светкавина. Висок напон од 125 кВ се применува на стационарниот контакт на прекинувачот, а потенцијал од 0 се применува на движечкиот контакт. Се добиваат распределби на потенцијал на целосниот прекинувач кога контактните отворени растојанија се 50%, 80% и 100% соодветно. Единицата за потенцијал е В, а единицата за силата на електричното поле е В/м.

Заблагодарете на присуството на ѕитот во вакуумскиот прекинувач, деформацијата на електричното поле е суприсена, што резултира со многу униформна и симетрична распределба на напон во областа близу до контактите. Флотирачкиот потенцијал на ѕитот е околу 60 кВ.

• Распределба на потенцијал на вакуумскиот прекинувач при 50% контактно отворено растојание

• Распределба на потенцијал на вакуумскиот прекинувач при 80% контактно отворено растојание

•  Распределба на потенцијал на вакуумскиот прекинувач при 100% контактно отворено растојание

На Слика 2, слики (a) - (c) се контурни карти на распределбата на силата на електричното поле во вакуумскиот прекинувач при горенаведените три различни контактни отворени растојанија.

За вакуумскиот прекинувач при 50% контактно отворено растојание, максималната сила на електричното поле се појавува на крајот на ѕитот, со вредност од 25,4 кВ/мм. Во овој момент, силата на електричното поле помеѓу контактите е значително поголема од претходните две отворени растојанија. Градирачкиот ѕит прави напонот близу до контактите да покажува градиентна распределба, а силата на електричното поле е униформно распределена, со релативно голема сила на електричното поле помеѓу контактите.

Кога контактните отворени растојанија на вакуумскиот прекинувач се 80% и 100%, максималните сили на електричното поле се 21,2 кВ/мм и 18,1 кВ/мм соодветно. Напонот близу до контактите покажува градиентна распределба, а силата на електричното поле е униформно распределена.

• Контурна карта на електричното поле на вакуумскиот прекинувач при 50% контактно отворено растојание

• Контурна карта на електричното поле на вакуумскиот прекинувач при 80% контактно отворено растојание

• Контурна карта на електричното поле на вакуумскиот прекинувач при 100% контактно отворено растојание

Од сликите се види дека кога надворешниот изолационен медиум е константен и униформен, областите со релативно голема распределба на силата на електричното поле во вакуумскиот прекинувач се главно концентрирани на крајните површини на движечкиот и стационарниот контакт и на горните и долните краеви на ѕитот. Овие области лесно се подложни на пробој на изолацијата. Затоа, во реалниот дизајн на производот, распределбата на електричното поле во точките на концентрација на силата на полето може да се подобри преку методи за оптимизација на дизајн, како што е зголемувањето на кривината на крајните површини на движечкиот и стационарниот контакт и закривувањето на остриот крај на ѕитот.

Силата на електричното поле на надворешната површина на вакуумскиот прекинувач е релативно мала. Од сликата се види дека во областите близу до двата краја на керамичкиот корпус на вакуумскиот прекинувач и близу до капачките на прекинувачот, вредностите на силата на електричното поле се поголеми од другите положби вдоль површината.

Кога контактите на вакуумскиот прекинувач се затворени, висок напон од 125 кВ се применува на централниот проводник, а потенцијалот на бесконечно-далечната граница е поставен на 0. Послед следењето, пресметките покажуваат дека силата на електричното поле е многу мала како внатре, така и надвор од прекинувачот, со максимална сила на електричното поле од 0,8 кВ/мм. Силата на електричното поле е униформно распределена, а напонот околу контактите покажува тенденција на градиентна распределба центрирана околу контактите.

• (a) Контурна карта на електричното поле на вакуумскиот прекинувач при 50% контактно отворено растојание

• (b) Контурна карта на електричното поле на вакуумскиот прекинувач при 80% контактно отворено растојание

• (c) Контурна карта на електричното поле на вакуумскиот прекинувач при 100% контактно отворено растојание

Заклучок

Преку анализа и истражувањето на електричното поле на 10кВ надворешен високонапонски AC вакуумски прекинувач, се добија варијации на силата на електричното поле и потенцијалот на прекинувачот при различни гранични услови. Од горенаведените резултати, е јасно дека со користење на ANSYS за точна симулација на прототипот на објектот и применување на методот на коначни елементи за бројчени пресметки на електричното поле и потенцијалот, може да се постигнуваат точни пресметки на варијациите на електричното поле и потенцијалот во вакуумскиот прекинувач.