Details

Настоящая работа посвящена исследованию характеристик магнитного радиального поля, отключающей способности вакуумного выключателя среднего напряжения и определению её количественных значений в зависимости от конструктивных изменений контактной системы. В ходе выполнения исследования была разработана модель вакуумной дугогасительной камеры в программной среде SOLIDWORKS, с последующим проведением численного анализа в пакете COMSOL Multiphysics. Моделирование охватывало решение электромагнитной задачи с целью определения распределения магнитной индукции, и вектора силы Ампера, значений параметров силы Лоренца в зоне межконтактного промежутка. Для этого была сформирована мультифизическая модель, включающая физико-геометрические параметры конструкции, выбор материалов и задание граничных условий. В результате численного анализа были получены: пространственное распределение магнитной индукции в поперечном сечении камеры, величины силы Лоренца в ключевых точках контактного узла, траектории перемещения вакуумной дуги. Кроме того, были рассчитаны предельные токи отключения для каждой модификации конструкции контактов, что позволило оценить эффективность различных геометрических конфигураций. На основе этих данных проведён сравнительный анализ, демонстрирующий влияние радиального поля и формы контактов на коммутационные параметры выключателя. Также проведено исследование изменения массы плазмы за за ее 5 время горения. Итогом работы стала формулировка рекомендаций по оптимизации контактной системы для повышения отключающей способности вакуумного выключателя 10 кВ класса, работающего в условиях высоких токовых нагрузок.

This research is dedicated to the investigation of the characteristics of the radial magnetic field and the interrupting capacity of a medium-voltage vacuum circuit breaker, as well as the quantitative determination of these parameters under different contact system configurations. As part of the study, a 3D model of a vacuum arc-extinguishing chamber was developed in SOLIDWORKS, followed by a multiphysics numerical analysis performed in COMSOL Multiphysics. The simulation included solving an electromagnetic problem to determine the magnetic flux density distribution, the Ampère force vector, and Lorentz force magnitudes in the inter-electrode gap. A multiphysics model was created, incorporating the physical and geometrical parameters of the contact system, material properties, and boundary conditions. The numerical analysis yielded the spatial distribution of the magnetic induction in the cross-section of the chamber, Lorentz force magnitudes at key locations within the contact assembly, and trajectories of vacuum arc movement. Furthermore, the breaking currents for various contact design modifications were calculated, allowing for evaluation of the effectiveness of different geometric configurations. Based on these results, a comparative analysis was carried out, demonstrating the impact of the radial magnetic field and contact geometry on the circuit breaker’s switching performance. Additionally, the study included an investigation into the variation of plasma mass over the arc burning time.