Details

Данная работа посвящена исследованию возможности использования альтернативного дугогасящего газа CO2/C4F7N и сравнению отключающей способности высоковольтных выключателей при использовании различных рабочих сред. В исследовании проведен анализ современных газовых выключателей, конструкции дугогасительного устройства с автогенерацией, требований к рабочим газам и параметры, влияющих на отключающую способность выключателей. Исследовано взаимодействие выключателя 750кВ, 50кА с сетью. На основании рассмотренных требований к рабочим газам в литературных источниках проведен поиск и сравнение газов и смесей газов, являющихся альтернативой элегазу. На основании проведенного комплексного анализа сделан выбор возможного альтернативного газа для дальнейшего исследования – CO2/C4F7N 90%/10%.  В ходе работы проведен расчет геометрических параметров ДУ и анализ термодинамических параметров в дугогасительном устройстве с CO2/C4F7N-изоляцией и с элегазовой изоляцией. Был проведен анализ полей параметров дугогасящего газа в дугогасительном устройстве. На основании полученных зависимостей давления был проведен расчет отключающей способности высоковольтного выключателя при использовании смеси газов CO2/C4F7N и элегаза. Показана принципиальная возможность замены элегаза смесью газов CO2/C4F7N без дополнительных изменений геометрии проточной части дугогасительного устройства. Для достижения данных результатов в работе было использовано следующее программное обеспечение: Mathcad, COMSOL Multiphysics.

This work is devoted to the study of the possibility of using alternative arc-extinguishing gas CO₂/C₄F₇N and comparing the breaking capacity of high-voltage circuit breakers when using different working media. The study provides an analysis of modern gas circuit breakers, the design of a self-blast arc-extinguishing device, requirements for working gases, and parameters affecting the breaking capacity of circuit breakers. The interaction of a 750 kV, 50 kA circuit breaker with the power grid is investigated. Based on the requirements for working gases found in literature sources, a search and comparison of gases and gas mixtures that are alternatives to SF₆ has been carried out. Based on a comprehensive analysis, a possible alternative gas for further research was selected – CO₂/C₄F₇N 90%/10%. In the course of the work, the geometric parameters of the arc-extinguishing device (AED) were calculated, and the thermodynamic parameters in the arc-extinguishing device with CO₂/C₄F₇N insulation and with SF₆ insulation were analyzed. An analysis of the parameter fields of the arc-extinguishing gas in the arc-extinguishing device was carried out. Based on the obtained pressure dependences, the breaking capacity of the high-voltage circuit breaker when using the CO₂/C₄F₇N gas mixture and SF₆ was calculated. The fundamental possibility of replacing SF₆ with a CO₂/C₄F₇N gas mixture without additional changes to the flow path geometry of the arc-extinguishing device is demonstrated. The following software was used to obtain these results: Mathcad, COMSOL Multiphysics.

• Введение.
• 1. Высоковольтные включатели 750кВ
  • 1.1 Обзор существующих высоковольтных выключателей
• 1.2. Принцип работы дугогасительного устройства
  • 1.3. Факторы, влияющие на гашение электрической дуги
  • 1.4. Перспективы исследований высоковольтных выключателей
• 1.5. Исследование альтернативных элегазу дугогасящих и изолирующих газовых сред
  • 1.6. Постановка задачи
  • Вывод
• Глава 2. Взаимодействие высоковольтного выключателя 750 кВ, 50 кА с сетью при различных режимах работы
  • 2.1. Анализ номинальных параметров выключателя
  • 2.2. Расчет ПВН при НКЗ (90%,30%);
  • 2.2.1 Расчет ПВН при отключении токов НКЗ для ,𝒑-∗.= 0,9
  • 2.2.2 Расчет ПВН при отключении токов НКЗ для ,𝒑-∗.= 0,3
  • 2.3 Анализ ПВН при КЗ 100% (при I=Iно и I=0,1Iно)
  • 2.3.1 Ток отключения 𝐈=,𝐈-но.
  • 2.3.2 Ток отключения 𝐈=𝟎.𝟏∙,𝐈-но.
  • 2.4. Оценка влияния шунтирующей емкости на отключающую способность дугогасительного устройства при НКЗ
  • Вывод
• Глава 3. Математическая модель анализа отключающей способности в автогенерационном дугогасительном устройстве
  • 3.1. Моделирование динамики дугогасящего потока.
  • 3.2. Моделирование динамики дугогасительного газа в пакете Comsol.
  • Вывод
• Часть 4. Анализ дугогасительной способности автогенерационного
• дугогасительного устройства 750 кВ, 50 кА
  • 4.1. Расчет геометрических характеристик дугогасительного устройства
  • 4.2. Анализ полей параметров дугогасящего газа в дугогасительном устройстве
  • 4.2.1 Анализ режима холостого хода
  • 4.2.2 Анализ режима короткого замыкания
• 4.2.3 Анализ полей для режима короткого замыкания
  • 4.3 Расчет отключающей способности для двух газов
  • Вывод
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ