Details

Данная работа посвящена исследованию возможности использования альтернативного дугогасящего газа C4F7N/CO2/O2 и сравнению отключающей способности высоковольтных выключателей при использовании различных рабочих газов. В исследовании проведен комплексный анализ современных газовых выключателей, конструкции автокомпрессионного дугогасительного устройства, требования к рабочим газам и параметры, влияющие на отключающую способность выключателей, также исследовано взаимодействие выключателя 220кВ, 31,5кА с сетью. На основании рассмотренных требований к рабочим газам на основании литературных источников проведен поиск и сравнение газов и смесей газов, являющихся альтернативой элегазу. На основании поведенного комплексного анализа сделан выбор возможного альтернативного газа для дальнейшего исследования – C4F7N/CO2/O2. В ходе работы проведен расчет геометрических параметров ДУ и анализ термодинамических параметров в дугогасительном устройстве с C4F7N/CO2/O2-изоляцией и с элегазовой изоляцией. На основании полученных термодинамических параметров был проведен расчет отключающей способности высоковольтного выключателя при использовании смеси газов C4F7N/CO2/O2 и элегаза. Определено минимальное номинальное давления для C4F7N/CO2/O2 для сохранения отключающей способности выключателя при замене рабочего газа. Для достижения данных результатов в работе было использовано следующее программное обеспечение: Mathcad, COMSOL Multiphysics, Graph2Digit.

This study is dedicated to investigating the feasibility of using the alternative arcquenching gas C4F7N/CO2/O2 and to comparing the interrupting ability of high-voltage circuit breakers when using various working gases. This research includes a comprehensive analysis of modern gas-insulated circuit breakers, the design of auto-puffer arc-extinguish devices, the requirements for working gases, and the parameters influencing the interrupting ability of circuit breakers. Additionally, the interaction between a 220 kV, 31.5 kA circuit breaker and the power network is examined. Based on the established requirements for working gases and a review of literature sources, a search and comparison of gases and gas mixtures that can serve as alternatives to SF₆ (sulfur hexafluoride) was conducted. Following a comprehensive analysis, a potential alternative gas— C4F7N/CO2/O2 —was selected for further investigation. Calculations of the geometrical parameters of the arc-quenching device were carried out, along with an analysis of the thermodynamic parameters in the arc-extinguish device using both C4F7N/CO2/O2 and SF₆ insulation. Based on the obtained thermodynamic data, the interrupting ability of a high-voltage circuit breaker was evaluated for both C4F7N/CO2/O2 and SF₆ gas mixtures. The minimum rated pressure for C4F7N/CO2/O2 necessary to maintain the circuit breakers interrupting ability upon replacing the working gas was determined. To achieve these results, the following software tools were used: Mathcad, COMSOL Multiphysics, and Graph2Digit.