Analisis prestasi pengasingan pemutus litar vakum luar 10kV

Pengenalan

Pemutus vakum adalah komponen yang paling penting dalam pemutus litar vakum. Ia memiliki banyak kelebihan seperti kapasiti pemutusan yang besar, operasi yang sering, prestasi pemadam lengkung yang baik, tidak mencemarkan, dan saiz yang padat. Seiring dengan perkembangan pemutus litar vakum menuju tahap voltan yang lebih tinggi, kajian mendalam terhadap prestasi pengasingan dalaman dan luaran pemutus vakum luaran semakin diperlukan.

Penyebaran medan elektrik di dalam pemutus sangat mempengaruhi prestasi pengasingan pemutus litar vakum. Penyebaran medan elektrik yang tidak merata boleh menyebabkan keruntuhan jurang kontak, akhirnya mengakibatkan kegagalan pemutus litar untuk membuka. Pemasangan perisai penilaian di dalam pemutus vakum dapat meratakan penyebaran medan elektrik dalaman, menjadikan struktur pemutus vakum lebih rasional dan padat.

Namun, penambahan perisai juga menyebabkan perubahan pada penyebaran medan elektrik di dalam pemutus. Untuk mengesahkan prestasi pengasingan pemutus dengan tepat dan menganalisis pengaruh perisai terhadap penyebaran medan elektrik, analisis berangka medan elektrik pemutus litar vakum luaran adalah langkah utama dalam mengesahkan kebolehpercayaan produk.

Oleh itu, makalah ini menganalisis dan merancang struktur pengasingan jenis baru pemutus litar vakum AC luaran bertegangan tinggi 10kV yang dikembangkan dan dibuat secara bebas oleh syarikat pengeluaran sakelar tempatan.

Apabila melakukan analisis medan elektrostatik pemutus litar vakum, tegangan dikenakan pada sempadan model, dan elemen mesh segi empat digunakan mengikut struktur model. Pembuatan grid dilakukan menggunakan mesh pintar. Karena pemutus litar vakum mempunyai struktur simetri sumbu, pemutus vakum dipotong sepanjang paksi X sistem koordinat tiga dimensi. Kelebihan menggunakan mesh pintar terletak pada fakta bahawa di kawasan di mana kelengkungan graf berubah secara signifikan, pembahagian grid sangat padat, sementara di kawasan dengan struktur yang lebih teratur, kepadatan grid relatif rendah.

Berdasarkan dua posisi kerja kontak pemutus, yaitu posisi pemutusan dan penutupan, serta jarak bukaan kontak yang berbeza semasa proses pemutusan, analisis medan elektrik dilakukan secara berasingan pada pemutus vakum. Ciri-ciri penyebaran medan elektrik dan titik-titik konsentrasi kekuatan medan ditentukan. Titik-titik konsentrasi kekuatan medan adalah kawasan utama analisis dalam makalah ini. Hasil medan yang diperoleh di bawah pelbagai keadaan berbeza dibandingkan.

Gambar 1 Gambar Struktur Diperbesar Dalaman Pemutus Vakum

Gambar 1 - Plat Tutup Ujung Stasioner; 2 - Penutup Perisai Utama; 3 - Kontak; 4 - Lipatan; 5 - Plat Tutup Ujung Bergerak; 6 - Rod Konduksi Stasioner; 7 - Perumah Pengasingan; 8 - Rod Konduksi Bergerak

Hasil Pengiraan dan Analisis

Makalah ini mengkaji prestasi pengasingan antara titik-titik putus pengasingan di bawah tegangan impulsi petir yang ditetapkan. Tegangan tinggi 125 kV dikenakan pada kontak stasioner pemutus, dan potensial nol 0 dikenakan pada kontak bergerak. Penyebaran potensial seluruh pemutus litar diperoleh apabila jarak bukaan kontak adalah 50%, 80%, dan 100% masing-masing. Unit potensial adalah V, dan unit kekuatan medan elektrik adalah V/m.

Kerana adanya penutup perisai di dalam pemutus vakum, distorsi medan elektrik tertekan, menghasilkan penyebaran tegangan yang sangat merata dan simetris di kawasan dekat kontak. Potensial mengambang pada penutup perisai kira-kira 60 kV.

• Penyebaran potensial pemutus vakum pada jarak bukaan kontak 50%

• Penyebaran potensial pemutus vakum pada jarak bukaan kontak 80%

•  Penyebaran potensial pemutus vakum pada jarak bukaan kontak 100%

Dalam Gambar 2, gambar (a) - (c) adalah peta kontur penyebaran kekuatan medan elektrik di dalam pemutus vakum di bawah tiga jarak bukaan kontak yang berbeza tersebut.

Untuk pemutus litar vakum pada jarak bukaan kontak 50%, kekuatan medan elektrik maksimum muncul di ujung penutup perisai, dengan nilai 25.4 kV/mm. Pada masa itu, kekuatan medan elektrik antara kontak jauh lebih tinggi daripada dua jarak bukaan sebelumnya. Penutup perisai penilaian membuat tegangan dekat kontak menunjukkan penyebaran gradien, dan kekuatan medan elektrik merata, dengan kekuatan medan elektrik yang relatif besar antara kontak.

Apabila jarak bukaan kontak pemutus litar vakum adalah 80% dan 100%, kekuatan medan elektrik maksimum masing-masing adalah 21.2 kV/mm dan 18.1 kV/mm. Tegangan dekat kontak menunjukkan penyebaran gradien, dan kekuatan medan elektrik merata.

• Peta kontur medan elektrik pemutus vakum pada jarak bukaan kontak 50%

• Peta kontur medan elektrik pemutus vakum pada jarak bukaan kontak 80%

• Peta kontur medan elektrik pemutus vakum pada jarak bukaan kontak 100%

Dapat dilihat dari gambar-gambar tersebut, apabila medium pengasingan luaran konstan dan seragam, kawasan dengan kekuatan penyebaran medan elektrik yang relatif besar di dalam pemutus vakum terutamanya terkonsentrasi pada permukaan ujung kontak bergerak dan stasioner serta ujung atas dan bawah penutup perisai. Kawasan-kawasan pengasingan yang rentan ini mudah mengalami keruntuhan pengasingan. Oleh itu, dalam reka bentuk sebenar produk, penyebaran medan elektrik di titik-titik konsentrasi kekuatan medan dapat ditingkatkan melalui kaedah reka bentuk optimum seperti meningkatkan kelengkungan permukaan ujung kontak bergerak dan stasioner serta meruncingkan sudut tajam di kedua-dua ujung penutup perisai.

Kekuatan medan elektrik pada permukaan luar pemutus vakum relatif kecil. Dapat dilihat dari gambar, di kawasan dekat kedua-dua ujung perumah keramik pemutus vakum dan dekat plat tutup ujung pemutus, nilai kekuatan medan elektrik lebih besar daripada posisi lain sepanjang permukaan.

Apabila kontak pemutus litar vakum ditutup, tegangan tinggi 125 kV dikenakan pada konduktor pusat, dan potensial pada sempadan tak terhingga ditetapkan kepada 0. Setelah beban, pengiraan menunjukkan bahwa kekuatan medan elektrik sangat kecil di dalam dan di luar pemutus, dengan kekuatan medan elektrik maksimum 0.8 kV/mm. Kekuatan medan elektrik merata, dan tegangan di sekitar kontak menunjukkan trend penyebaran gradien yang berpusat pada kontak.

• (a) Peta kontur medan elektrik pemutus vakum pada jarak bukaan kontak 50%

• (b) Peta kontur medan elektrik pemutus vakum pada jarak bukaan kontak 80%

• (c) Peta kontur medan elektrik pemutus vakum pada jarak bukaan kontak 100%

Kesimpulan

Melalui analisis dan penyelidikan terhadap medan elektrik pemutus litar vakum AC luaran bertegangan tinggi 10kV, variasi kekuatan medan elektrik dan potensial pemutus di bawah berbagai-bagai keadaan sempadan telah diperoleh. Dari hasil di atas, jelas bahwa dengan menggunakan ANSYS untuk mensimulasikan prototaip objek dengan tepat dan menerapkan kaedah unsur terhingga untuk pengiraan berangka medan elektrik dan potensial, pengiraan tepat variasi medan elektrik dan potensial di dalam pemutus vakum dapat dicapai.