DIELEKTROMOS ÍVMEGSZAKÍTÁS SZIMULÁCIÓJA NAGYFESZÜLTSÉGŰ MEGSZAKÍTÓKBAN

Magyar Elektrotechnikai Egyesület 61. Vándorgyűlés, 2014, szeptember 10..12, Debrecen

DIELEKTROMOS ÍVMEGSZAKÍTÁS SZIMULÁCIÓJA NAGYFESZÜLTSÉGŰ MEGSZAKÍTÓKBAN Dr. Madarász György A., Szabó Krisztián., Király Lajos

Hyundai Technology Center Hungary Kft. 1146 Budapest, Hermina út 22 1


DIELEKTROMOS ÍVMEGSZAKÍTÁS SZIMULÁCIÓJA NAGYFESZÜLTSÉGŰ MEGSZAKÍTÓKBAN • A SZIMULÁCIÓ • A VILLAMOS ÍV MEGSZAKÍTÁSA • A VILLAMOS ÍV DIELEKTROMOS ÚJRAGYULLADÁSA • A VILLAMOS ÍV MEGSZAKÍTÁSA/ DIELEKTROMOS ÚJRAGYULLADÁSA NAGYFESZÜLTSÉGŰ MEGSZAKÍTÓKBAN • A DIELEKTROMOS ÍV-ÚJRAGYULLADÁS/ ÁTÜTÉS SZIMULÁCIÓJA

2


MI A „SZIMULÁCIÓ”? Napjaink terjedő új, mérnöki technológiája A mérnöki munka során modellezzük a fizikai valóságot. A modellel • számításokat végzünk, • analizáljuk a fizikai folyamatokat, • következtetéseket teszünk, • melyek alapján új végtermék, eljárás stb. születik A történelem során a modellek egyre pontosabbá váltak, a fizikai és matematikai ismereteink gyarapodásával, valamint számítástechnikai eszközeink fejlődésével. A „szimuláció” mint tudományos eszköz lehetővé teszi olyan fizikai folyamatok megismerését is, amelyet nem tudunk mérni! 3



4

Magyar Elektrotechnikai Egyesület 61. Vándorgyűlés, 2014, szeptember 10..12, Debrecen A VILLAMOS ÍV MEGSZAKÍTÁSA A villamos ívmegszakítás néhány jellemzője: • A váltakozóáramú ív minden áramnulla-átmenetben magától kialszik, majd újragyullad • Az ív megszakítása = az ív újragyulladásának megakadályozása

Miért gyullad újra az ív az áramnulla-átmenet után? Az érintkezők között fellépő u. n. tranziens visszatérő feszültség következtében, ha a) az áram nullaátmenetekor a maradék ívcsatorna villamosan vezető marad és a maradék vagy utó-áram hatására termikus ionizáció növekszik. b) az áram nullaátmenetekor a maradék ívcsatorna villamosan szigetelő, de a villamos szilárdság nem elegendő és villamos átütés jön létre.

5


Ívmegszakítás jellege nagyfeszültségű megszakítókban: • Termikus • Dielektromos

Mikor dielektromos jellegű az ívmegszakítás? 6


Dielektromos ívmegszakításról akkor beszélünk, amikor a váltakozóáramú ív az áram-nulla átmenetben kialudván, azért nem gyullad újra, mert az érintkezők között a gáztér annyira lehűl, hogy szigetelőképessége ellen tud állni a növekvő visszatérő feszültségnek (VSF). Ez az állapot akkor jön létre, amikor a növekvő tranziens visszatérő feszültség meredeksége nem túl nagy, illetve a megszakítandó áram is kisebb, vagyis az ívcsatorna hőmérséklete közvetlen az áram-nullaátmenet után is alacsony. 7


Nagyfeszültségű megszakítókban a kistávolságú zárlati áramok megszakításának kivételével többnyire dielektromos jellegű az áram megszakadása vagy az ív újragyulladása.

8



9


A dielektromos átütés feltétele homogén villamos térben E/N>(E/N)cr E/N [Vm2] - a redukált villamos térerőség, E [V/m] - a villamos térerősség, N [m-3] - a semleges részecskék száma 1 m3 gázban E/N gyakorlati mértékegysége: 1[Td]≡10-21 [Vm2] „Td” (Townsend)


A kritikus redukált térerősség hőmérséklet és nyomásfüggése homogén villamos térben [Robin Juan Ph.-Yousfi, M. ]

SF6 gáz

11


A redukált térerősség másik használatos formája: E/ρ [Vm2/kg] - a redukált villamos térerőség, E [V/m] - a villamos térerősség, ρ [kg/m3] - a gáz sűrűsége Átszámítás E/ρ és E/N között SF6 gáz esetén: 1 [Vm2/kg] = 4121.7515 [Td]

12

Magyar Elektrotechnikai Egyesület 61. Vándorgyűlés, 2014, szeptember 10..12, Debrecen A gázsűrűségre vonatkoztatott kritikus térerősség hőmérsékletés nyomásfüggése homogén villamos térben

13



14


Dielektromos típusú ív-újragyulladás kapocszárlati áram-megszakításoknál Szabványos megszakító képesség vizsgálatok 10%, 30%, 60% és 100%-os kapocszárlati áramoknál. Miért irányul különös figyelem a T30 (30%) próbára? 15


A szabványos független visszaszökő feszültség burkológörbék különböző %-os kapocszárlati áramok esetén

300 250

TRV [kV]

200 150 10% 7 [kV/µs]

100

30% 5 [kV/µs] 60% 3 [kV/µs]

50

TRV(30%) 0 0

50

100

150

200

250

300

t [µs] 16


Példa: 30%-os zárlati megszakítóképesség szimulációja A kritikus sűrűségre vonatkoztatott térerősség (E/ρ) eloszlása a nagyfeszültségű SF6 gázos megszakító érintkezői között az áram nulla átmenete (CZ) utáni időpillanatokban. (kb. CZ+50us-nál van a VSF maximuma)

17

Magyar Elektrotechnikai Egyesület 61. Vándorgyűlés, 2014, szeptember 10..12, Debrecen CZ

CZ+50µs

CZ+100µs

CZ+150µs

CZ+200µs

CZ+250µs 18


Korábbi feltételezés: Ha az érintkezők között a redukált térerősség nagyobb a kritikusnál, vagyis (E/ρ)max / (E/ρ)cr > 1, akkor megindul a lavina, az ív újragyullad és az ívmegszakítás sikertelen lesz. (Ez igaz homogén vagy enyhén inhomogén térben!)

19


Az (E/ρ)max/(E/ρ)cr feltétel alkalmazása a sikeres dielektromos a ívmegszakítás becslésénél. A szimuláció eredményeinek összehasonlítása a sikeres T30 megszakítási mérések eredményeivel

≥

(E/ρ)max/(E/ρ)cr ≥1 ?



21


Dielektromos átütés inhomogén térben

streamer leader Ecr

Ecr

A=B

•Feszültségesés a streamer hosszon: ∆Ushift=lshift∙Ecr •A módosult feszültség: TRV- ∆Ushift •Térerősség-számítás megismétlése módosult feszültséggel 22


A "virtuális" érintkező eltolás alkalmazása (E/ρ) ≥ (E/ρ)cr

23


Streamer terület közelítése virtuális (eltolt) érintkezővel •Streamer terület helyettesítése virtuális érintkezővel •A virtuális érintkező (streamer) eltolása amíg (E/ρ)=E/ρ)cr •Feszültségesés a virtuális érintkezőn: ∆Ushift=lshift∙Ecr •A módosult feszültség: TRV- ∆Ushift •Térerősség-számítás megismétlése módosult feszültséggel

24


Az ívmegszakítás új kritériuma •(E/ρ)max< (E/ρ)cr → az ívmegszakítás sikeres •Ha (E/ρ)max≥ (E/ρ)cr → további eltolás alkalmazása •Ha az új (E/ρ)max≥ (E/ρ)cr és az új (E/ρ)max ≥ régi (E/ρ)max vagyis (E/ρ)max növekszik, akkor az ív az érintkezők között újra fog gyulladni!

25

Magyar Elektrotechnikai Egyesület 61. Vándorgyűlés, 2014, szeptember 10..12, Debrecen (E/ρ) ≥ 1400 kVm2/kg]

26


Az eltolt érintkezővel megismételt szimuláció eredménye

27


Következtetés Az (E/ρ)/(E/ρ)cr ≥1 újragyulladási kritérium a virtuális érintkező-eltolással jól alkalmazható nagyfeszültségű megszakítók dielektromos jellegű megszakító-képességének becslésére a tervezés során. 28


Példa a szimulációra (E/ρ)/(E/ρ)crit

29


Köszönjük a figyelmet!

30

DIELEKTROMOS ÍVMEGSZAKÍTÁS SZIMULÁCIÓJA NAGYFESZÜLTSÉGŰ MEGSZAKÍTÓKBAN

Recommend Documents