Details

Вакуумные выключатели являются экологически чистой альтернативой оборудованию с низким потреблением газа в сетях среднего напряжения. Однако из-за ограниченного срока службы при отключении токов короткого замыкания ключевой проблемой остается эрозия контактов под действием металлической плазмы вакуумной дуги. Радиальное магнитное поле (RMF) в контактном зазоре, создаваемое спиральными контактами, является решением для контроля дуги и эрозии контактов.Целью работы является разработка математических моделей электротепловых и электромагнитных процессов в вакуумной дугогасительной камере с RMF для автоматического выключателя напряжением 10 кВ — 31,5 кА/2000 А.Работа включает в себя: обзор литературы по конструкциям вакуумных выключателей; выбор материала медного контакта и геометрических параметров камеры в соответствии с чертежом; анализ взаимодействия выключателя с энергосистемой ; трехмерную электротепловую модель в COMSOL Multiphysics (принцип действия электрических токов + теплопередача в твердых телах). трехмерная электромагнитная модель в COMSOL Multiphysics (электрические токи + магнитное поле). Трехмерная геометрия выполнена в SolidWorks. Основные результаты: максимальная температура контактного соединения при I = 2000 А составляет 373,15 К (100°C), что соответствует стандарту ГОСТ. Ключевые слова: высоковольтный выключатель, вакуумная дугогасительная камера, радиальное магнитное поле , Cu, электротепловая модель, электромагнитная модель, COMSOL Multiphysics, SolidWorks, эрозия контактов, ток короткого замыкания, переходное восстанавливающее напряжение.

Vacuum circuit breakers are environmentally friendly alternative to low-gas equipment in medium-voltage networks. However, due to thier limited life of switching off short-circuit currents remains a key problem caused by contact erosion under the action of the metal plasma of the vacuum arc. The radial magnetic field (RMF) in the contact gap created by spiral contacts is an effective solution to control the arc and reduce contact erosion. The aim of the work is to develop mathematical models of electrothermal and electromagnetic processes in a vacuum arc extinguishing chamber with an RMF for a 10 kV — 31.5 kA / 2000 A switch. The work includes: a literature review of vacuum circuit breaker designs; preliminary selection of copper contact material and geometric chamber parameters according to the drawing; study and analysis of the interaction of the vacuum arc extinguishing chamber with the power system; three-dimensional electrothermal model in COMSOL Multiphysics (principle of electric currents + heat transfer in solids); three-dimensional electromagnetic model in COMSOL Multiphysics (electric currents + magnetic field). The three-dimensional geometry is made in SolidWorks. The main results: the maximum temperature of the contact joint at I = 2000 A is 373,15 К (100°C), which corresponds to standard of the ghost. Keywords: high voltage circuit breaker, radial magnetic field, vacuum arc extinguishing chamber, Cu, electric thermal model, electromagnetic model, COMSOL Multiphysics, SolidWorks, contact erosion, short circuit current, transient restoring voltage.