Yuqori oʻquv va katta oqimli qurilmalarda ishlatiladigan rivojlangan ark yoqtiruvchi sig’im yechimi
I. Izlash jarayoni va asosiy muammolari
1.1 Izlash orzusi
Elektr tizimlarning hajmining o'zroq kengayishi va qisqa yo'llanish kapasitetsining oshishi, xatoliklarini cheklash qurilmalariga yuqori talablar ko'rsatilmoqda. Hozirgi paytda mavjud asosiy yechimlar o'zgaruvchan superchillantiruvchi xatolik cheklovchilari (SFCL), g'ibridli yo'llanish cheklovchi avtomatlari va g'ibridli yo'llanish cheklovchi shishalari hisoblanadi. Bu orasida, g'ibridli yo'llanish cheklovchi shishalar texnologik darajada samarali, arzon narxga ega va keng qo'llanilishi sababli bozordagi tanlovi bo'lib qolmoqda.
Amma, mavjud texnologiyalarda ikki asosiy cheklov mavjud:
• Elektron nazoratlangan tur: Sensitiv elektron komponentlar va tashqi boshqaruv energiya manbalari asosida ishlaydi, bu esa komponentlarning xatosi yoki boshqaruv energiyasining yo'qolishi sababli xato ishlashga yoki daromad topishga olib kelishi mumkin. Uning ishonchiligi tashqi shartlarga bog'liq.
• Duzum bilan ishlatiladigan tur: Oddiy qurilma, kuchli aralashuvka qarshi barqarorlik, kichik hajm va past narx kabi afzalliklarga ega, amma uning reyting yo'llanishi (katta olmaydigan 600A) va yo'llanish cheklovchi quvvati (katta olmaydigan 25kA) nisbatan past, bu esa yuqori voltaj va yo'llanishga ega bo'lgan sanoat sohalar (masalan, katta metallurgiya, kimyo zavodlari, ma'lumot markazlari) uchun jiddiy talablarni qondirmoqda.
1.2 Asosiy zidliq
Duzum bilan ishlatiladigan shishalarning samaradorligini oshirishda asosiy zidliq - tez ishlash va yo'llanish qobiliyati orasidagi qarama-qarshi. Tez ishlashni (past pre-arcing I²t qiymati) bosqichida, shisha elementining cheklov chiziqligining kichik bo'lishi kerak. Aksincha, reyting yo'llanish qobiliyatini oshirish uchun, katta cheklov chiziqlik talab etiladi. Chiziqlikni kattalashtirish pre-arcing I²t qiymatini oshiradi, bu esa qisqa yo'llanishda ishlashni notekislaydi. Bu notekislik haqiqiy qisqa yo'llanish yo'llanishini oshiradi, nihoyatda cheklov xatosiga olib keladi.
II. Yechim: Asosiy texnologik oldindan o'tishlar va yangi dizayn
2.1 Ishlash printsipi
Bu yechim duzum bilan ishlatiladigan qurilmani asosiy sezgir va aktivlashtirish birlik sifatida foydalanadi. Uni qurilishi ikki mis qoplamasi, ichki qora shisha elementi (maxsus cheklov chiziqligiga ega), to'ldiruv materiali va qutidan iborat. Cheklov jarayoni quyidagicha amalga oshadi:
- Duzum: Qisqa yo'llanish yo'llanishi paytida, shisha elementining cheklov chiziqlik tez eritilib, duzum yaratiladi, bu esa boshlang'ich duzum voltini yaratadi.
- Aktivlashtirish: Bu duzum voltini tez ravishda parallel ulangan patlatuvchi cheklovchi (elektr patlatgich) aktivlashtiradi.
- Yo'llanish o'zgartirish: Cheklovchi patlatadi, bu esa yuqori qarshilik yo'llanishini yaratadi, qisqa yo'llanish yo'llanishini parallel duzum sonduvchi shisha shu'batiga o'zgartiradi.
- Cheklov: Duzum sonduvchi shisha duzum yaratadi, bu esa juda yuqori duzum voltini yaratadi, yo'llanishni nolga majbur qiladi, tez yo'llanish cheklovchi cheklovnini amalga oshiradi.
2.2 Asosiy yangilik: Yuqori cheklov yo'llanish mintaqasi dizayni
Aktivlashtirish yo'llanishi (I₁) cheklov muvaffaqiyatini aniqlovchi asosiy parametr bo'lib, 8-15kA optimal oraliqda qoldirish kerak. Duzum bilan ishlatiladigan dizaynlarda, reyting yo'llanishi aktivlashtirish yo'llanishi bilan qat'i bog'liq.
Ushbu yechimning asosiy oldindan o'tishi - cheklov yo'llanish mintaqasini o'z karrali oshirishda. Nazariy tarqatish orqali:
• Aktivlashtirish yo'llanishi qiymati I₁ ∝ (pre-arcing I²t * di/dt)^(1/3)
• Pre-arcing I²t qiymati ∝ (cheklov chiziqlik maydoni (S))²
Xulosa: O'xshash reyting yo'llanishi va qisqa yo'llanish sharoitlari ostida, yuqori cheklov yo'llanish mintaqasi kichik cheklov chiziqlik maydoni (S) talab etadi, bu esa pre-arcing I²t qiymatini kamaytiradi. Bu, juda yuqori qisqa yo'llanish yo'llanishlari ostida ham tez ishlashni ta'minlaydi, ishonchli cheklovni amalga oshiradi. Ushbu yechimning dizayn maqsadi, bu ushbu indeksni hozirgi mahsulot darajasidan ~1000 A/mm² dan 3000 A/mm² gacha oshirishdir.
2.3 Qurilma optimallashtirish va modeldan olingan natijalar
• Modeldan olingan natija vositasi: ANSYS 11.0 dasturi APDL tiliga asoslangan parametrik modeldan olingan natijalar orqali, shisha elementining qarshilik qiymatini aniq hisoblash va pre-arcing jarayonini modeldan olingan natijalarini amalga oshirish imkoniyati yaratildi.
Shisha elementi qurilmasi tanlovi: An'anaviy doira shakli dizayni rad etilgan, uni to'g'ri to'rtburchak shakli dizaynga almashtirildi. Bu qurilma, bir xil hajmda, cheklov bo'lmagan joylardagi yo'llanish bahosini maksimal qilish, kamroq qarshilik va yuqori yo'llanish qobiliyatini ta'minlaydi, yo'llanish qobiliyati va tezlik orasidagi zidliqni mukammal hal qiladi.
• Parametrlarni optimallashtirish: Cheklov eni (b), shakllar orasidagi masofa (c), ajratish (d) va qalinlik (h) kabi asosiy parametrlar, bir nechta o'lchovlardagi modeldan olingan natijalar orqali optimallashtirildi. Minimal qarshilikni topish maqsadida, ishlab chiqarish imkoniyatini ta'minlash (masalan, elementning buzilishi yoki deformatsiyasi oldini olish).
Optimallashtirish natijasi: Nihoyatgi dizayn 15.2 μΩ shisha elementi qarshiligini va 0.6 mm² cheklov chiziqlik maydonini ta'minlaydi, bu esa 40 kA cheklov qobiliyati talablarini mukammal qanoatlantiradi.
III. Samaradorlikni tekshirish va test natijalari
3.1 Harorat oshish testi
• Test shartlari: 2000 A AC yo'llanishi qo'yilgan, davriy ishlash.
• Test natijalari:
o O'lchanayotgan sovuq qarshilik 15.0 μΩ bo'ldi, bu modeldan olingan natija (15.2 μΩ) bilan juda mos keladi, bu modelning aniqligini tasdiqlaydi.
o Asosiy qismdagi harorat oshishi standartlarga javob beradi (cheklovda 85 K, terminallarda 47 K ga yaqin).
o Yo'llanish qobiliyati 2000 A reyting yo'llanishini tasdiqlaydi. Hisoblangan cheklov yo'llanish mintaqasi 3300 A/mm² ni oshib ketdi, bu esa xalqaro va ichki o'xshash mahsulotlardan ko'ra ko'proq.
3.2 Qisqa yo'llanish aktivlashtirish testi
• Test shartlari: Test uchun mo'ljallangan shema 40 kA nazariy simmetrik qisqa yo'llanish yo'llanishini yaratish uchun tayyorlandi.
• Test natijalari:
o O'lchanayotgan aktivlashtirish yo'llanishi 15.1 kA bo'ldi, bu modeldan olingan natija (15 kA) bilan juda mos keladi va 8-15 kA optimal oraliqda joylashgan.
o Yaratilgan duzum volti 50 V ni oshib ketdi, bu esa mikrosekundlar ichida elektr patlatgichni ishonchli ravishda ishga tushirish uchun yetarli, bu esa tez va ishonchli ishlashini ko'rsatadi.
IV. Xulosa va afzalliklari
Ushbu yechim yuqori samaradorlikka ega duzum bilan ishlatiladigan shishani muvaffaqiyatli ishlab chiqdi. Asosiy xulosalar va afzalliklari quyidagilardir:
- Asosiy oldindan o'tish: Yangi to'g'ri to'rtburchak shakli shisha elementi dizayni va parametrlarni optimallashtirish orqali, duzum bilan ishlatiladigan shishalarda yo'llanish qobiliyati va ishlash tezligi orasidagi inhitof zidliq hal qilindi. Cheklov yo'llanish mintaqasi industriya lideri darajasidagi 3300 A/mm² ga oshirildi.
- Yuqori samaradorlik belgilari: Mahsulot 10 kV voltaj darajasiga mos, 2000 A reyting yo'llanishi va 40 kA cheklov qobiliyatini ta'minlaydi, yuqori voltaj va yo'llanishga ega bo'lgan sanoat sohalar uchun talablarni qondiradi.
- Yuqori ishonch: To'liq mexanik duzum aktivlashtirish mekanizmi passiv va boshqaruv talab etmaydi, elektron komponentlar va tashqi energiya manbalariga bog'liq emas. Kuchli aralashuvka qarshi barqarorlik va ishonchli ishlashni ta'minlaydi.
- Tekshirilgan texnologiya: ANSYS asosidagi modeldan olingan natija o'zgartirilgan natijalar bilan juda mos keladi, bu esa mahsulot dizayni va optimallashtirish uchun samarali va ishonchli vosita va metodologiyani ta'minlaydi.
