В данной работе проведен обзор конструкций современных выключателей, зарубежных и отечественных, вакуумных и элегазовых. Предложена модернизированная конструкция дугогасительного устройства генераторного выключателя и проведено моделирование процессов коммутации токов КЗ в дугогасительном устройстве. Определены геометрические параметры сопловой системы, главной контактной системы и гидравлического устройства генераторного выключателя.

The thesis contains a review of modern circuit breaker designs, developed locally as well as overseas, of both vaccum and gas-insulated design. An updated version of an arc suppressor of a generator circuit breaker, wiring short-circuit currents in a arc suppressor is simulated. Geometrics of a nozzle blow-out system, main contact system, a hydraulic circuit of a generator circuit-breaker were estimated.

• Введение
• ГЛАВА 1. АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ СОВРЕМЕННЫХ ГЕНЕРАТОРНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ 63-100 кА
  • 1.1 Анализ современных генераторных цепей и требования к коммутационным аппаратам.
  • 1.2. Вакуумные генераторные выключатели
  • 1.3. Элегазовые генераторные выключатели
  • 1.4. Анализ конструкций дугогасительных устройств элегазовых генераторных выключателей.
• ГЛАВА 2 АНАЛИЗ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГЕНЕРАТОРНОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ С ЭНЕРГОСИСТЕМОЙ
  • 2.1 Анализ работы генераторного выключателя при отключении КЗ со стороны сети и со стороны генератора
  • 2.2 Анализ переходного восстанавливающего напряжения со стороны сети и со стороны генератора.
  • 2.3Анализ апериодической составляющей тока короткого замыкания от генератора.
  • 2.4 Анализ режима рассогласования фаз генератора
  • 2.5 Современные требования к генераторным выключателям по испытаниям КЗ.
• ГЛАВА 3 АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ОТКЛЮЧАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ГЕНЕРАТОРНОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ
  • 3.1 Анализ влияния шунтирующей емкости на повышение отключающей способности.
  • 3.2 Абляция сопла и выбор его оптимального диаметра.
• ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ РАСЧЕТА ДИНАМИЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДУГОГАСИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА ГЕНЕРАТОРНОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ
  • 4.1 Анализ конструкции автокомпрессионного дугогасительного устройства
  • 4.2 Математическая модель автокомпресионного дугогасительного устройства.
  • ,𝐑-г.=𝟓𝟕
  • ,𝐏-н.=𝟏 МПа
  • Расчет площади поршня:
  • S=,,𝑭-𝒂.-,𝝈-п.∙,𝒑-𝟎.. = ,𝟐𝟎∙,𝟏𝟎-𝟑.-𝟏,𝟓∙,𝟏𝟎-𝟔.. = 133 ,см-𝟐.
  • ,где ,𝐅-𝐚.− активное усилие на контактную систему (определяется гидроприводом); ,𝝈-п.− обобщенный параметр; ,𝒑-𝟎.− начальное давление в камере сжатия
• ГЛАВА 5. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
  • 5.1 Анализ пневмомеханических характеристик ДУ.
  • 5.2 Анализ динамических характеристик автокомпрессионного ДУ с задержкой открытия металлического сопла
  • 5.3 Синхронная коммутация и инжекция жидкого элегаза.
  • 1) Наличие синхронных контроллеров, отслеживающих кривую тока КЗ, и подающие импульс на электромагнит приводного устройства.
  • 2) По фазное исполнение приводного устройства ( 1 привод на фазу).
  • 3) Привода должны быть высокой мощности и надежности, для того чтобы в кратчайшее время развести большие массы на определенное расстояние
  • В связи с тем, что токи в трехфазной системе смещены друг относительно друга по фазе на ,𝟏𝟐𝟎-𝒐., использование одного приводного устройства при синхронной коммутации не представляется возможным. По фазное исполнение приводного устройства, делает к...
  • Также необходимо, чтобы каждый из приводов с отдельным синхронным контроллером, который также имеет свое время срабатывания, что тоже уменьшает надежность аппарата.
  • Рис.5.6 Коммутация со случайным разведением контактов
  • Рис. 5.7 Синхронная коммутация
  • Данное уравнение отличается от уравнения для давления в классической математической модели автокомпрессионного ДУ слагаемым ,𝒌-ин.,,𝒎.-ин.,𝑹-г.𝑻, которое характеризует инжекцию жидкого элегаза, где ,,𝒎.-ин.−дополнительный массовый расход, обеспеч...
  • Непосредственно за инжекцию отвечает коэффициент ,𝒌-ин., который может быть равен 0,когда клапан инжекции закрыт и равен 1, когда клапан инжекции открыт.Необходимо при неизменном массовом расходе инжекции обеспечить максимальную эффективность впрыск...
  • Рис. 5.9 График перепада давления в камере сжатия с инжекцией жидкого элегаза (диаметр клапана 30 мм момент инжекции 0.028 с)
  • Рис. 5.10 График перепада давления в камере сжатия с инжекцией жидкого элегаза (диаметр клапана 30 мм момент инжекции 0.029 с)
  • Рис. 5.11 График перепада давления в камере сжатия с инжекцией жидкого элегаза (диаметр клапана 30 мм момент инжекции 0.0295 с)
  • Рис. 5.12 График перепада давления в камере сжатия с инжекцией жидкого элегаза (диаметр клапана 20 мм момент инжекции 0.028 с)
  • Рис. 5.13 График перепада давления в камере сжатия с инжекцией жидкого элегаза (диаметр клапана 20 мм момент инжекции 0.029 с)
  • Рис. 5.14 График перепада давления в камере сжатия с инжекцией жидкого элегаза (диаметр клапана 20 мм момент инжекции 0.0295 с)
  • Рис. 5.15 График перепада давления в камере сжатия с инжекцией жидкого элегаза (диаметр клапана 10 мм момент инжекции 0.028 с)
  • Рис. 5.16 График перепада давления в камере сжатия с инжекцией жидкого элегаза (диаметр клапана 10 мм момент инжекции 0.029 с)
  • Рис. 5.17 График перепада давления в камере сжатия с инжекцией жидкого элегаза (диаметр клапана 10 мм момент инжекции 0.0295 с)
  • Результаты численного моделирования показывают, что перепад давления в нуле тока зависит от момента впрыска и разумеется от диаметра клапана. Инжекция производилась за 2;1;0.5 мс от нуля тока. Сравнивая результаты численных экспериментов перепада давл...
  • Таблица 5.1 Результаты численного эксперимента
  • Для всех трех диаметров клапана инжекции обеспечено «окно отключения» в 10 мс, при этом по ГОСТ 52565-06 [1] минимальное «окно отключения» для выключателей 35 кВ и ниже составляет 7 мс. Результаты численного моделирования показывают, что наиболее эффе...
  • Рассмотренная конструкция специфична и имеет недостатки, связанные с ранним сбросом давления, но при этом, удается существенно снизить температуру газа в камере сжатия и уйти от абляции сопла и избежать пробоя по его корпусу, а также использование шун...
  • Выводы:
  • 1) Анализ результатов численного эксперимента показал, что конструкция автокомпрессионного ДУ с задержкой открытия металлического сопла и диаметром изоляционного сопла в 45 мм показал, что средняя температура газа в камере сжатия снижена до 400 К, с...
  • 2) Идея синхронной коммутации как способ коммутации больших токов КЗ весьма перспективна, однако эта идея требует по фазного исполнения приводного устройства и требует разведения больших масс за 2-3 мс. На сегодняшний день таких приводов нет.
  • 3) В качестве альтернативы синхронной коммутации была рассмотрена идея синхронной инжекции. Было предложено наличие дополнительного объема в неподвижном поршне с жидким элегазом. Впрыск осуществлялся посредством открытия клапана, электромагнитом, кото...
  • 4) Факт повышения давления за счет инжекции, способствует отключению тока КЗ в тепловой и диэлектрической фазе пробоя, а также делает конструкцию автокомпрессионного ДУ с диаметром изоляционного сопла в 45 мм дееспособной. Рассмотренная конструкция с...
  • 5) Основная идея синхронной инжекции состоит в поддержании перепада давления в области нуля тока, для достижения максимальной эффективности в реальной конструкции, целесообразно открывать клапан импульсом, и после отключения первой фазы его закрывать,...
• ГЛАВА 6. РАСЧЕТ КОНТАКТНОЙ СИСТЕМЫ И ГИДРОПРИВОДА ГЕНЕРАТОРНОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ
  • 6.1 Анализ системы главных контактов
  • 6.2 Анализ сваривания контактов по данным фирмы Multi-contact.
  • 6.3 Расчет системы главных контактов генераторного выключателя
  • 6.4 Анализ гидромеханических характеристик гидропривода
  • 6.5 Расчет этапа разгона поршня гидропривода
  • 6.6 Расчет этапа торможения поршня гидропривода
  • Выводы:
  • 1) Проанализирована и рассчитана главная контактная система. Расчет показал, для того чтобы, контактная система выдержала все токовые нагрузки, нужно использовать 2 системы ламелей LA-CUT/0,25/0 фирмы Multi-contact.
  • 2) Произведен расчет гидравлического приводного устройства. Рабочая площадь гидроцилиндра составила 𝟑.𝟏∙,𝟏𝟎-−𝟑.,м-𝟐.; расчетное активное усилие составило 𝟐𝟏∙,𝟏𝟎-𝟑. Н. Установившаяся расчетная скорость подвижной системы совпадает с результ...
• Заключение
• Список используемой литературы
  • 1. Климанов М.Е. Элегазовый генераторный выключатель 100 кА. Выпускная квалификационная работа бакалавра СПБПУ 2017 г.
  • 2. ГОСТ 52565-06 Выключатели переменного тока на напряжение от 3 до 750 кВ. Общие технические условия.− Стандартинформ, 2007-67с.
  • 3. INTERNATIONAL STANDART IEC 62271-100, First edition 2012, Part 100
  • 4. Тонконогов Е.Н. Конструкции электрических аппаратов. Элегазовые выключатели высокого напряжения: Учебное пособие. СПб.: Изд-во Политехнического университета,2008. -160 с.
  • 5. Тонконогов Е. Н Электрические и электронные аппарты. Выключатели высокого напряжения. Часть 1: учеб.пособие / Е. Н. Тонконогов. - СПб. : Изд- во Политехн. ун-та, 2012 – 204 с.
  • 6. Каталог «Вакуумные выключатели типа VAH, фирмы SchneiderElectric». МКР-САТ-VAH-13 10-2013
  • 7. Брошюра «Элегазовые генераторные распределительные устройства HECPS» фирмы «ABB». Документ 1HC0015509 R01/AA09/UA, 2010-03
  • 8. Аверьянова С.А. Газовые и гидравлические устройства высоковольтных выключателей: Учебное пособие. СПб: Издательство Политехнического ун-та 2018-128 с.
  • 9. Каталог фирмы Multi-Contact (№6), 2002
  • 10. Каталог E00000467 «Выключатели высоковольтного напряжения трехполюсные серии ВГМ-20-90/11200 УЗ ВГМ-20-90/8000 ТСЗ и ВГГ-20-90
  • 11. H.Ikeda, T.Ueda. DEVELOPMENT OF LARGE-CAPACITY, SF6 GAS INTERRUPTION CHAMBER AND ITS APPLICATION TO GIS IEEE, 1984
  • 12. Burkhard Fenski, Manfred Lindmayer Post-Arc Currents of Vacuum Interrupters with Radial and Axial Magnetic Field Contacts-Measurements and Simulations
• Приложение 1
• Приложение 2