Цель данного исследования заключается в изучении отключающей способности вакуумного выключателя и определении ее значений при различных геометрических конструкциях контактной системы. Моделирование исследования проводилось с использованием программного пакета COMSOL MULTIPHYSICS. С его помощью была создана модель вакуумного выключателя, включая его дугогасительную камеру и контакты таким образом, чтобы при прохождении тока образовывалось аксиальное магнитное поле. Также был произведен расчёт значений удельной аксиальной составляющей индукции магнитного поля в межконтактном промежутке. Было проведено несколько исследований для контактов с разным углом наклона боковых прорезей на контактах, чтобы определить, как геометрия контактов, а именно боковые прорези влияют на отключающую способность ВВ. Расстояние между контактами было неизменным на протяжении всего исследования. Задачи, которые были решены в ходе данного исследования: • Изучение особенностей конструкций вакуумных выключателей с аксиальным магнитным полем. • Исследование характеристик материалов, используемых для изготовления контактов в дугогасительном устройстве, с целью выбора оптимального материала для контактов вакуумного выключателя с номинальным напряжением 10 кВ и током 20 кА/2000А с аксиальным магнитным полем. • Анализ взаимодействия вакуумного выключателя с энергосистемой, включая анализ переходного восстанавливающегося напряжения при прохождении короткого замыкания между контактами. • Создание математической модели электромагнитных процессов, происходящих в вакуумном выключателе. • Проведение серии расчетов при разных углах наклона боковых прорезей на контактах. В ходе работы были определены необходимые размеры конструкции дугогасительной камеры и выбран наиболее эффективный материал для контактов - металлокерамический сплав из меди и хрома в соотношении 30% и 70% соответственно, что значительно повышает отключающую способность выключателя. Была разработана математическая модель для анализа электромагнитных процессов, происходящих во время гашения диффузной дуги в аксиальном магнитном поле. Результаты исследования были получены через проведение 5 расчетов отключающей способности вакуумного выключателя с контактной системой, предназначенной для работы при напряжении 10 кВ и отключающем токе 20 кА.

This study is dedicated to the investigation of the breaking capacity of a vacuum circuit breaker and the determination of its magnitude for different geometric constructions of the contact system. The research was conducted using the COMSOL MULTIPHYSICS simulation environment. With the help of this software package, a model of the vacuum circuit breaker was constructed, including its arc quenching chamber and contacts designed to generate an axial magnetic field when current passes through. The specific axial component of the magnetic field induction in the contact gap was also calculated. To achieve this, an electromagnetic field in the contact gap space was simulated. Several studies were conducted on contacts with different inclinations of side grooves to determine the influence of contact geometry on the breaking capacity. The contact gap distance was kept constant for all the studies. The following tasks were addressed during the research: Study of the peculiarities of vacuum circuit breaker constructions with an axial magnetic field. Investigation of the characteristics of materials used for manufacturing contacts in the arc quenching device to select the appropriate material for the contacts of the 10 kV - 20 kA/2000A vacuum circuit breaker with an axial magnetic field. Analysis of the interaction between the vacuum circuit breaker and the power system: analysis of the transient recovery voltage during the passage of short-circuit current between the contacts. Creation of a mathematical model of the electromagnetic processes occurring in the vacuum circuit breaker. Conducting a series of calculations with different inclinations of side grooves on the contacts. It was found that a metal-ceramic composite of copper and chromium, with a ratio of 30% and 70% respectively, significantly improves the breaking capacity. A mathematical model of the electromagnetic processes during the extinction of the diffuse arc in the axial magnetic field was developed. As a result, five calculations of the breaking capacity of the vacuum circuit breaker with an axial magnetic field were performed using the COMSOL MULTIPHYSICS software package, which is suitable for finite element analysis. The findings of this research can be applied in the design of vacuum arc quenching chambers and/or comparing the breaking capacity of vacuum circuit breakers with other types of circuit breakers designed for 10 kV voltage and 20 kA breaking current.