د 10kV کوری د پنځو سړک بندونو د غیر مخترنې ورته تحلیل

مقدمه

میخکننده خلأ مهمترین جزء در شکن خلأ می‌باشد. این میخکننده دارای مزایای متعددی مانند ظرفیت برش بالا، عملکرد قابل توجه در خاموش کردن قوس الکتریکی، عدم آلودگی و حجم کوچک است. با پیشرفت شکن‌های خلأ به سطوح ولتاژ بالاتر، مطالعه عمیق‌تر روی عملکرد عایق داخلی و خارجی میخکننده‌های خلأ خارجی ضرورت بیشتری دارد.

توزیع میدان الکتریکی درون میخکننده تأثیر زیادی بر عملکرد عایق شکن خلأ دارد. توزیع نامساوی میدان الکتریکی می‌تواند منجر به خرابی فاصله تماس شود که در نتیجه شکن قادر به باز شدن نخواهد بود. نصب سپر تقسیم‌بندی درون میخکننده خلأ می‌تواند توزیع میدان الکتریکی داخلی را هموار کند و ساختار میخکننده خلأ را منطقی‌تر و فشرده‌تر کند.

با این حال، افزودن سپر نیز باعث تغییرات در توزیع میدان الکتریکی درون میخکننده می‌شود. برای تأیید دقیق عملکرد عایق میخکننده و تحلیل تأثیر سپر بر توزیع میدان الکتریکی، انجام تحلیل عددی میدان الکتریکی شکن خلأ خارجی گامی کلیدی در تأیید قابلیت اطمینان محصول است.

بنابراین، این مقاله به تحلیل و طراحی ساختار عایق نوع جدیدی از شکن خلأ AC بالاولتاژ ۱۰kV خارجی می‌پردازد که به صورت مستقل توسط شرکت‌های تولیدی داخلی توسعه یافته و ساخته شده است.

در زمان انجام تحلیل میدان الکترواستاتیک شکن خلأ، ولتاژی به مرزهای مدل اعمال می‌شود و عناصر شبکه‌بندی چهارضلعی بر اساس ساختار مدل استفاده می‌شود. شبکه‌بندی با استفاده از روش شبکه‌بندی هوشمند انجام می‌شود. چون شکن خلأ دارای ساختار محوری متقارن است، میخکننده خلأ بر اساس محور X سیستم مختصات سه‌بعدی برش می‌خورد. مزیت استفاده از روش شبکه‌بندی هوشمند این است که در مناطقی که خمیدگی شکل به طور قابل توجهی تغییر می‌کند، تقسیم‌بندی شبکه بسیار چگال است، در حالی که در مناطقی با ساختار منظم‌تر، چگالی شبکه نسبتاً کمتر است.

بر اساس دو وضعیت کاری تماس‌های شکن، یعنی موقعیت‌های باز کردن و بستن، و فواصل مختلف باز شدن تماس‌ها در حین باز کردن، تحلیل میدان الکتریکی به ترتیب روی میخکننده خلأ انجام می‌شود. ویژگی‌های توزیع میدان الکتریکی و نقاط تمرکز قوت میدان تعیین می‌شوند. نقاط تمرکز قوت میدان موضوعات کلیدی تحلیل در این مقاله هستند. نتایج میدان الکتریکی که تحت شرایط مختلف بدست آمده‌اند مقایسه می‌شوند.

شکل ۱ - نمودار ساختار بزرگنمایی داخلی میخکننده خلأ

شکل ۱ - پلاک پوششی ثابت؛ ۲ - پوشش اصلی سپر؛ ۳ - تماس؛ ۴ - لوله پیچیده؛ ۵ - پلاک پوششی متحرک؛ ۶ - میله هدایت‌کننده ثابت؛ ۷ - پوشش عایق؛ ۸ - میله هدایت‌کننده متحرک

نتایج محاسبات و تحلیل

این مقاله به عملکرد عایق بین نقاط قطع جداگانه تحت ولتاژ ضربه رعدی اسمی می‌پردازد. ولتاژ بالا ۱۲۵ kV به تماس ثابت شکن اعمال می‌شود و پتانسیل صفر به تماس متحرک اعمال می‌گردد. توزیع‌های پتانسیل تمام شکن در حالت‌هایی که فاصله باز شدن تماس‌ها به ترتیب ۵۰٪، ۸۰٪ و ۱۰۰٪ است، بدست می‌آید. واحد پتانسیل V و واحد قوت میدان الکتریکی V/m است.

به دلیل وجود پوشش سپر در میخکننده خلأ، تحریف میدان الکتریکی کاهش می‌یابد که منجر به توزیع ولتاژ بسیار یکنواخت و متقارن در ناحیه نزدیک تماس‌ها می‌شود. پتانسیل شناور روی پوشش سپر حدود ۶۰ kV است.

• توزیع پتانسیل میخکننده خلأ در فاصله باز شدن تماس ۵۰٪

• توزیع پتانسیل میخکننده خلأ در فاصله باز شدن تماس ۸۰٪

• توزیع پتانسیل میخکننده خلأ در فاصله باز شدن تماس ۱۰۰٪

در شکل ۲، شکل‌های (a) - (c) نقشه‌های میزان توزیع قوت میدان الکتریکی در میخکننده خلأ تحت سه فاصله باز شدن تماس مختلف فوق هستند.

برای شکن خلأ در فاصله باز شدن تماس ۵۰٪، قوت میدان الکتریکی ماکسیمم در انتهای پوشش سپر ظاهر می‌شود که مقدار آن ۲۵.۴ kV/mm است. در این زمان، قوت میدان الکتریکی بین تماس‌ها به طور قابل توجهی بیشتر از دو فاصله باز شدن قبلی است. پوشش سپر تقسیم‌بندی باعث می‌شود که ولتاژ نزدیک تماس‌ها نمایش تدریجی داشته باشد و قوت میدان الکتریکی به طور یکنواخت توزیع شود، با قوت میدان نسبتاً بزرگ بین تماس‌ها.

هنگامی که فاصله باز شدن تماس‌های شکن خلأ ۸۰٪ و ۱۰۰٪ است، قوت‌های میدان الکتریکی ماکسیمم به ترتیب ۲۱.۲ kV/mm و ۱۸.۱ kV/mm هستند. ولتاژ نزدیک تماس‌ها نمایش تدریجی دارد و قوت میدان الکتریکی به طور یکنواخت توزیع شده است.

• نقشه میزان میدان الکتریکی میخکننده خلأ در فاصله باز شدن تماس ۵۰٪

• نقشه میزان میدان الکتریکی میخکننده خلأ در فاصله باز شدن تماس ۸۰٪

• نقشه میزان میدان الکتریکی میخکننده خلأ در فاصله باز شدن تماس ۱۰۰٪

از شکل‌ها مشخص است که هنگامی که مedium عایق خارجی ثابت و یکنواخت است، مناطق با توزیع قوت میدان الکتریکی نسبتاً بزرگ در میخکننده خلأ اغلب در سطوح انتهایی تماس‌های متحرک و ثابت و انتهای بالا و پایین پوشش سپر متمرکز می‌شوند. این مناطق عایق‌پذیر آسان به خرابی عایق می‌باشند. بنابراین، در طراحی واقعی محصول، می‌توان با استفاده از روش‌های طراحی بهینه‌سازی مانند افزایش خمیدگی سطوح انتهایی تماس‌های متحرک و ثابت و گرد کردن گوشه‌های انتهایی پوشش سپر، توزیع میدان الکتریکی در نقاط تمرکز قوت میدان را بهبود بخشید.

قوت میدان الکتریکی روی سطح خارجی میخکننده خلأ نسبتاً کوچک است. از شکل مشخص است که در نواحی نزدیک دو انتهای پوشش سرامیکی میخکننده خلأ و نزدیک پلاک‌های پوششی میخکننده، مقادیر قوت میدان الکتریکی بزرگتر از سایر مکان‌های سطحی هستند.

هنگامی که تماس‌های شکن خلأ بسته شده‌اند، ولتاژ بالا ۱۲۵ kV به هادی مرکزی اعمال می‌شود و پتانسیل در مرز بی‌نهایت دور به صفر تنظیم می‌شود. پس از بارگذاری، محاسبه نشان می‌دهد که قوت میدان الکتریکی هم داخل و هم خارج شکن بسیار کوچک است، با قوت میدان الکتریکی ماکسیمم ۰.۸ kV/mm. قوت میدان الکتریکی به طور یکنواخت توزیع شده است و ولتاژ حول تماس‌ها نمایش تدریجی دارد که متمرکز بر تماس‌ها است.

• (a) نقشه میزان میدان الکتریکی میخکننده خلأ در فاصله باز شدن تماس ۵۰٪

• (b) نقشه میزان میدان الکتریکی میخکننده خلأ در فاصله باز شدن تماس ۸۰٪

• (c) نقشه میزان میدان الکتریکی میخکننده خلأ در فاصله باز شدن تماس ۱۰۰٪

نتیجه‌گیری

از طریق تحلیل و تحقیق روی میدان الکتریکی شکن خلأ AC بالاولتاژ ۱۰kV خارجی، تغییرات در قوت میدان الکتریکی و پتانسیل شکن تحت شرایط مرزی مختلف بدست آمده است. از نتایج فوق واضح است که با استفاده از ANSYS برای شبیه‌سازی دقیق پروتاتیپ شیء و اعمال روش المان محدود برای محاسبات عددی میدان الکتریکی و پتانسیل، محاسبات دقیق تغییرات میدان الکتریکی و پتانسیل درون میخکننده خلأ ممکن است.