Pagsusuri ng kakayahan ng insulasyon ng 10kV outdoor vacuum circuit breakers

Pagpapakilala

Ang vacuum interrupter ay ang pinakamahalagang komponente sa isang vacuum circuit breaker. Ito ay may maraming mga adhikain tulad ng malaking breaking capacity, madalas na operability, mahusay na arc-extinguishing performance, walang polusyon, at compact na laki. Habang ang mga vacuum circuit breakers ay umuunlad patungo sa mas mataas na lebel ng voltage, ang mas malalim na pagsusuri sa internal at external insulation performance ng outdoor vacuum interrupters ay mas kinakailangan.

Ang distribusyon ng elektrikong field sa loob ng interrupter ay nakaapekto nang malaki sa insulation performance ng vacuum circuit breaker. Ang hindi pantay na distribusyon ng elektrikong field ay maaaring magresulta sa pag-breakdown ng contact gap, na sa huli ay nagdudulot sa pagkakamali ng circuit breaker na buksan. Ang pag-install ng grading shield sa loob ng vacuum interrupter ay maaaring homogenize ang internal electric field distribution, kaya't gumagawa ng mas makatwiran at compact ang estruktura ng vacuum interrupter.

Gayunpaman, ang pagdaragdag ng shield ay nagdudulot rin ng mga pagbabago sa distribusyon ng elektrikong field sa loob ng interrupter. Upang ma-verify nang tama ang insulation performance ng interrupter at analisin ang epekto ng shield sa distribusyon ng elektrikong field, ang paggawa ng numerical analysis ng elektrikong field ng outdoor vacuum circuit breaker ay isang pangunahing hakbang upang mapatunayan ang reliabilidad ng produkto.

Dahil dito, ang papel na ito ay sumusunod at disenyado ang insulation structure ng bagong uri ng 10kV outdoor high-voltage AC vacuum circuit breaker na independiyenteng inimbento at ginawa ng mga lokal na switch production enterprises.

Kapag ginagawa ang electrostatic field analysis ng vacuum circuit breaker, isinasama ang isang voltage sa mga hangganan ng modelo, at ginagamit ang tetrahedral meshing elements batay sa estruktura ng modelo. Ang meshing ng grid ay isinasagawa gamit ang intelligent meshing. Dahil ang vacuum circuit breaker ay may axisymmetric structure, ang vacuum interrupter ay hinati sa X-axis ng three-dimensional coordinate system. Ang abilidad ng paggamit ng intelligent meshing ay nasa mga lugar kung saan ang curvature ng graph ay may malaking pagbabago, ang grid division ay napakadense, habang sa mga lugar na may regular na estruktura, ang grid density ay mas mababa.

Batay sa dalawang working positions ng mga contact ng circuit breaker, na ang pag-break at closing positions, pati na rin ang iba't ibang open distances ng mga contact sa panahon ng pag-break, isinasagawa ang electric field analysis sa vacuum interrupter. Matutukoy ang mga katangian ng distribusyon ng elektrikong field at ang mga puntos ng concentration ng field strength. Ang mga puntos ng concentration ng field strength ay ang mga pangunahing lugar ng pagsusuri sa papel na ito. Ang mga resulta ng elektrikong field na nakuha sa iba't ibang kondisyon ay isinasalungat.

Larawan 1 Internal Enlarged Structure Diagram ng Vacuum Interrupter

Larawan 1 - Stationary End Cover Plate; 2 - Main Shielding Cover; 3 - Contact; 4 - Bellows; 5 - Moving End Cover Plate; 6 - Stationary Conductive Rod; 7 - Insulating Housing; 8 - Moving Conductive Rod

Mga Resulta ng Pagsusuri at Analisis

Ang papel na ito ay nagpaparating ng insulation performance sa pagitan ng isolation break points sa ilalim ng rated lightning impulse withstand voltage. Isinasama ang mataas na voltage ng 125 kV sa stationary contact ng circuit breaker, at zero potential ng 0 sa moving contact. Nakukuha ang mga potential distributions ng buong circuit breaker kapag ang contact opening distances ay 50%, 80%, at 100% nang kasunod-sunod. Ang yunit ng potential ay V, at ang yunit ng field strength ay V/m.

Dahil sa presence ng shielding cover sa vacuum interrupter, ang distortion ng elektrikong field ay nai-suppress, na nagreresulta sa napakapantay at symmetrical na voltage distribution sa lugar malapit sa mga contact. Ang floating potential sa shielding cover ay humigit-kumulang 60 kV.

• Potential distribution ng vacuum interrupter sa 50% contact opening distance

• Potential distribution ng vacuum interrupter sa 80% contact opening distance

•  Potential distribution ng vacuum interrupter sa 100% contact opening distance

Sa Larawan 2, ang mga larawan (a) - (c) ay ang contour maps ng distribusyon ng field strength sa vacuum interrupter sa ilalim ng nabanggit na tatlong iba't ibang contact opening distances.

Para sa vacuum circuit breaker sa 50% contact opening distance, ang pinakamataas na field strength ay lumilitaw sa dulo ng shielding cover, na may halaga ng 25.4 kV/mm. Sa oras na ito, ang field strength sa pagitan ng mga contact ay mas mataas kaysa sa nakaraang dalawang opening distances. Ang grading shielding cover ay nagpapakita ng gradient distribution ng voltage malapit sa mga contact, at ang field strength ay pantay na nakadistributo, na may mas mataas na field strength sa pagitan ng mga contact.

Kapag ang contact opening distances ng vacuum circuit breaker ay 80% at 100%, ang pinakamataas na field strengths ay 21.2 kV/mm at 18.1 kV/mm nang kasunod-sunod. Ang voltage malapit sa mga contact ay nagpapakita ng gradient distribution, at ang field strength ay pantay na nakadistributo.

• Electric field contour map ng vacuum interrupter sa 50% contact opening distance

• Electric field contour map ng vacuum interrupter sa 80% contact opening distance

• Electric field contour map ng vacuum interrupter sa 100% contact opening distance

Makikita sa mga larawan na kapag ang external insulating medium ay constant at uniform, ang mga lugar na may malaking field distribution strength sa vacuum interrupter ay pangunahing nakonsentrado sa end surfaces ng moving at stationary contacts at sa upper at lower ends ng shielding cover. Ang mga insulation-vulnerable areas na ito ay madaling magkaroon ng insulation breakdown. Kaya, sa aktwal na disenyo ng produkto, maaaring i-improve ang field distribution sa mga puntos ng concentrated field strength sa pamamagitan ng mga optimization design methods tulad ng pagtaas ng curvature ng end surfaces ng moving at stationary contacts at pag-blunt ng sharp corners sa parehong dulo ng shielding cover.

Ang field strength sa outer surface ng vacuum interrupter ay relatibong maliit. Makikita sa larawan na sa mga lugar malapit sa dalawang dulo ng ceramic housing ng vacuum interrupter at malapit sa end cover plates ng interrupter, ang mga halaga ng field strength ay mas malaki kaysa sa iba pang posisyon sa ibabaw.

Kapag sarado ang mga contact ng vacuum circuit breaker, isinasama ang mataas na voltage ng 125 kV sa central conductor, at ang potential sa infinite-far boundary ay itinakda sa 0. Pagkatapos ng loading, ang calculation ay nagpapakita na ang field strength ay napakaliit sa loob at labas ng circuit breaker, na may pinakamataas na field strength na 0.8 kV/mm. Ang field strength ay pantay na nakadistributo, at ang voltage sa paligid ng mga contact ay nagpapakita ng gradient distribution trend na nakapokus sa mga contact.

• (a) Electric field contour map ng vacuum interrupter sa 50% contact opening distance

• (b) Electric field contour map ng vacuum interrupter sa 80% contact opening distance

• (c) Electric field contour map ng vacuum interrupter sa 100% contact opening distance

Kaklusan

Sa pamamagitan ng pagsusuri at pag-aaral sa elektrikong field ng 10kV outdoor high-voltage AC vacuum circuit breaker, nakamit ang mga variation sa field strength at potential ng circuit breaker sa iba't ibang boundary conditions. Mula sa mga resulta na ito, malinaw na sa pamamagitan ng paggamit ng ANSYS upang ma-accurately simulate ang prototype ng object at ang pag-apply ng finite-element method para sa numerical calculations ng elektrikong field at potential, maaari mong makamit ang precise calculations ng mga variation sa elektrikong field at potential sa loob ng vacuum interrupter.