Müasir Qövs Tətikli Şəkili Çözüm Üçün Yüksek Volt və Dəyərli Amperiya Tətbiqləri
I. Tədqiqatın Fonda və Asas Məsələlər
1.1 Tədqiqatın Fonda
Elektrik sistemlərinin ölçüsünün davamlı genişlənməsi və qısacağ kapasitəsinin artması, xəta cərəyan məhdudlaşdırma qoruyucu təchizatına daha yüksək tələblər qoyur. Mövcud əsas həllər arasında süperqonşuşluq xəta cərəyan məhdudlayıcıları (SFCL), hibrid cərəyan məhdudlayıcı döyüşmələri və hibrid cərəyan məhdudlayıcı lülmələr sayılabilir. Bunlar arasında, hibrid cərəyan məhdudlayıcı lülmələr, yüksək texniki qaralığı, maliyyə etibarlılığı və geniş istifadə alanları nəticəsində piyasada seçilmiş variant olaraq öyrənilir.
Lakin, mövcud texnologiyaların iki əsas məhdudiyyəti var:
• Elektron Qəbuledici Növ: Həssas elektron komponentlərə və xarici idarəetmə enerjiyinə bağlıdır, bu da komponentlərin arızası və ya idarəetmə enerjisinin itirilməsi nəticəsində arızaya və ya çöküşə səbəb olur. Onun etibarlılığı xarici şəraitə bağlıdır.
• Dəqiqə Başlatan Növ: Sadə struktura, güclü təsirə qarşı mübarizə qabiliyyəti, kiçik ölçüsü və aşağı qiyməti kimi üstünlüklərə malikdir, amma onun nominal cərəyani (adi ≤600A) və kəsmə qabiliyyəti (adi ≤25kA) nisbətən aşağıdır, bu da yüksək voltajlı və yüksək cərəyanlı endüstriy tətbiqlərinin (məsələn, böyükölçülü metallurgiya, kimya zavodları, verilər mərkəzləri) aci ehtiyacını qaralaması çətin olur.
1.2 Asas Müqayisə
Dəqiqə başlatan lülmələrin performansının artırılması asas bir ziddiyyətə göründür: tez işləmə və cərəyan keçirici qabiliyyəti arasındakı mütəfəkkik. Tez işləməni (aşağı pre-arc I²t dəyəri) əldə etmək üçün lülənin qismi keçid sahəsi kiçik olmalıdır. İndiki, nominal cərəyan keçirici qabiliyyətinin artırılması daha böyük qismi keçid sahəsinə ehtiyac deməkdir. Sahənin artırılması pre-arc I²t dəyərini artırır, bu da qısacağ zamanı işləmənin gecikməsinə səbəb olur. Bu gecikmə, faktiki qısacağ cərəyanının artmasına imkan verir və sonunda kəsmə arızasına səbəb olur.
II. Həll: Asas Texniki Dəyişikliklər və Yenilikçi Dizayn
2.1 İşləmə Prinsipi
Bu həll dəqiqə başlatıcını əsas hissələr kimi sensorda və aktivator kimi istifadə edir. Onun strukturu əsasən iki mis mədal, daxili gümüş lülə elementi (xüsusi dizayn edilmiş qismi keçidlərlə), dolgu materialı və korpusdan ibarətdir. Kəsmə prosesi aşağıdakı kimi yerinə yetirilir:
- Arcing: Qısacağ cərəyanı başladığında, lülə elementinin qismi keçidi tez erir və dəqiqə yarandır, ilk dəqiqə qoltuğunun yaranmasını nəticələndirir.
- Triggering: Bu dəqiqə qoltuğu paralel qoşulmuş patlayıcı kəsməyə (elektrik detonator) tez ateşləndirir.
- Cərəyan Keçidin Dəyişdirilməsi: Kəsməyə patlayıcı, yüksək direksiyalı yol yaratır, bu da qısacağ cərəyanını paralel dəqiqə söndürmə lülə şəbəkəsinə yönləndirir.
- Kəsmə: Dəqiqə söndürmə lüləsi dəqiqə yarandır, bu da əla dəqiqə qoltuğu yaratır və cərəyanı sıfıra getirir, tez cərəyan məhdudlaşdırma kəsməsini həyata keçirir.
2.2 Asas Yenilik: Yüksək Qismi Cərəyan Yoğunluğu Dizaynı
Başlatıcı cərəyan dəyəri (I₁) kəsmənin uğurluluğunu müəyyən edən əsas parametrdir, bu dəyər 8-15kA optimal aralığında qalmalıdır. Dəqiqə başlatıcı dizaynlar üçün nominal cərəyan, başlatıcı cərəyan ilə sıx bağlıdır.
Bu həllin asas dəyişikliyi, qismi cərəyan yoğunluğunun nəticələndirilən artırılmasıdır. Teorik çıxarışa əsaslanarak:
• Başlatıcı cərəyan dəyəri I₁ ∝ (pre-arc I²t * di/dt)^(1/3)
• Pre-arc I²t dəyəri ∝ (qismi keçid sahəsi (S))²
Nəticə: Eyni nominal cərəyan və qısacağ şərtlərində, daha yüksək qismi cərəyan yoğunluğu, daha kiçik qismi keçid sahəsinə (S) ehtiyac duyur, bu da pre-arc I²t dəyərini azaldır. Bu, ən yüksək qısacağ cərəyanlarında dahi tez işləməni təmin edir və etibarlı kəsməyə imkan verir. Bu həllin dizayn hədəfi, bu göstəricini cari məhsul səviyyəsindən (~1000 A/mm²) 3000 A/mm²-dən daha yüksək səviyyəyə yüksəltməkdir.
2.3 Struktural Optimallaşdırma və Simulyasiya Təsdiqi
• Simulyasiya Aləti: ANSYS 11.0 proqram paketi APDL dilinə əsaslanan parametrik modeləşməyə istifadə edildi, bu da lülə elementinin direksiyasını dəqiq hesablamağa və pre-arc prosesini simulyasiya etməyə imkan verir.
• Lülə Elementi Strukturunun Seçimi: Geleneksel dairəvi delik dizaynı tərk edilərək, düzbucaqlı delik strukturuna keçildi. Bu struktur, eyni həcm içərisində non-qismi keçid bölgələrində cərəyan payını maksimuma qaldırır, bu da daha aşağı direksiya və yüksək cərəyan keçirici qabiliyyəti yaratır, cərəyan keçirici qabiliyyəti və sürət arasındakı ziddiyyəti mükəmməl şəkildə həll edir.
• Parametrlərin Optimallaşdırılması: Qismi en (b), delik eni (c), aralıq (d) və qalınlıq (h) kimi əsas parametrlər multidimensional simulyasiyalara əsaslanaraq optimallaşdırıldı. Direksiyayı minimuma endirmək üçün ən yaxşı həll axtarıldı və istehsal etibarlılığını (məsələn, elementin arızalanması və ya deformasiyasını müdafiə etmək) təmin etdi.
Optimallaşdırma Nəticəsi: Son dizaynda, lülə elementinin direksiyası 15.2 μΩ və qismi keçid sahəsi 0.6 mm² olan nəticə əldə edildi, bu da 40 kA kəsmə qabiliyyəti tələblərini mükəmməl şəkildə ödəyir.
III. Performans Təsdiqi və Test Nəticələri
3.1 Temperatur Artımı Testi
• Test Şərtləri: 2000 A AC cərəyanı uygulanmış və istiqrarlı davamlı işləmə edilmişdir.
• Test Nəticələri:
o Ölçülmüş soyut direksiya 15.0 μΩ olmuşdur, bu, simulyasiya dəyəri (15.2 μΩ) ilə yüksək səviyyədə uyğunluq göstərir, modelin dəqiqliyini təsdiq edir.
oƏsas hissələrdə temperatur artımı standartlara uyğun oldu (qismi keçid 85 K, kontaktlarda təxminən 47 K).
o Cərəyan keçirici qabiliyyəti 2000 A nominal cərəyanını təsdiq edib. Hesablanan qismi cərəyan yoğunluğu 3300 A/mm² cavab tapdı, bu, oxşar yurtiçi və xarici məhsullardan ancaq üstündür.
3.2 Qısacağ Başlatıcı Testi
• Test Şərtləri: 40 kA potensial simmetrik qısacağ cərəyanı yaratmaq üçün simulasiya edilmiş şəbəkə quruldu.
• Test Nəticələri:
o Ölçülmüş başlatıcı cərəyan dəyəri 15.1 kA olmuşdur, bu, simulyasiya ilə təxmin edilən dəyər (15 kA) ilə yüksək səviyyədə uyğunluq göstərir və 8-15 kA optimum aralığına düşür.
o Yarandıqca dəqiqə qoltuğu 50 V cavab tapdı, bu, mikrosaniyələr ərzində elektrik detonatoru etibarlı şəkildə yanaraq, tez və etibarlı işləməsini göstərir.
IV. Nəticə və Üstünlüklər
Bu həll, yüksək performanslı dəqiqə başlatıcı lüləni uğurla inkişaf etdirdi. Asas nəticələr və üstünlüklər aşağıdakı kimi deyilə bilər:
- Asas Dəyişiklik: Yenilikçi düzbucaqlı delik lülə elementi dizaynı və parametrlərin optimallaşdırılması vasitəsilə, dəqiqə başlatıcıların cərəyan keçirici qabiliyyəti və işləmə sürəti arasındakı mühüm ziddiyyəti həll etdi. Qismi cərəyan yoğunluğu, 3300 A/mm² səviyyəsinə yüksəldi, bu, endüstrinin lider səviyyəsidir.
- Yüksək Performans Göstəriciləri: Məhsul 10 kV voltaj səviyyəsinə uyğundur, 2000 A nominal cərəyanı və 40 kA kəsmə qabiliyyəti ilə, yüksək voltajlı və yüksək cərəyanlı endüstriy tətbiqlərinin tələblərini qaralar.
- Yüksək Etibarlılık: Yalnız mekaniki dəqiqə başlatıcı mexanizmi pasivdir və heç bir idarəetməyə ehtiyacı yoxdur, bu da elektron komponentlərə və xarici enerjiyə asılılığını ortadan qaldırır. Güclü təsirə qarşı mübarizə qabiliyyəti və etibarlı işləməsi var.
- Təsdiqlənmiş Texnologiya: ANSYS əsaslı simulyasiya modeli, ölçmə nəticələri ilə yüksək səviyyədə uyğunluq göstərdi, bu, məhsul dizayn və optimallaşdırma üçün effektiv və etibarlı alət və metodoloji təmin edir.
