Details

Данная работа посвящена исследованию возможности использования диоксида углерода (CO₂) в качестве альтернативного дугогасящего газа вместо элегаза в автогенерирующем дугогасительном устройстве высоковольтного выключателя  220 кВ, 40 кА. В работе проведён комплексный анализ конструкции и принципа работы автогенерирующего дугогасительного устройства, его достоинств и недостатков, а также факторов, влияющих на отключающую способность. Исследовано взаимодействие выключателя 220 кВ, 40 кА с электрической сетью при различных режимах работы, а также оценено влияние шунтирующей ёмкости на скорость роста переходного восстанавливающегося напряжения. Разработана математическая модель расчёта динамических характеристик газа в камере сжатия дугогасительного устройства с учётом влияния абляции. На основании построенной модели рассчитаны геометрические параметры дугогасительного устройства и динамические характеристики рабочего газа в камерах сжатия, автогенерации и дуговой для элегаза и CO₂. Проведён сравнительный анализ давления и отключающей способности выключателя при использовании обоих газов, а также исследовано влияние угла полураствора изоляционного сопла на динамику давления и отключающую способность высоковольтного выключателя с CO₂. Показано, что замена газа без дополнительных изменений конструкции не представляется возможной. Для достижения данных результатов в работе было использовано следующее программное обеспечение: COMSOL Multiphysics, Mathcad.

This study is dedicated to investigating the feasibility of using carbon dioxide (CO₂) as an alternative arc-quenching gas to replace sulfur hexafluoride (SF₆) in an arc-extinguishing device with heating volume of a 220 kV, 40 kA high-voltage circuit breaker. This research includes a comprehensive analysis of the design and operating principle of the arc-extinguishing device with heating volume, its advantages and disadvantages, as well as the factors influencing the interrupting ability of the device. The interaction between the 220 kV, 40 kA circuit breaker and the power network are examined under various operating conditions and the effect of shunt capacitance on the rate of rise of the transient recovery voltage was evaluated. A mathematical model for calculating the dynamic characteristics of the gas in the compression chamber of the arc-extinguishing device was developed, accounting for the effects of ablation. Based on this model, the geometrical parameters of the arc-extinguishing device and the dynamic characteristics of the working gas in the compression, auto-generation, and arc chambers were calculated for both SF₆ and CO₂. A comparative analysis of the pressure dynamics and interrupting ability of the circuit breaker was conducted for both gases, and the influence of the insulating nozzle half-opening angle on the pressure dynamics and interrupting ability of the circuit breaker operating with CO₂ was investigated. It has been shown that replacing the gas without additional design modifications is not possible. To achieve these results, the following software tools were used: COMSOL Multiphysics, Mathcad.