BADANIE BADANIE WŁAŚCIWOŚCI WŁAŚCIWOŚCI

MAGNETYCZNYCH MAGNETYCZNYCH STYKÓW KOMÓR STYKÓW KOMÓR PRÓŻNIOWYCH PRÓŻNIOWYCH

Andrzej Dzierżyński, Andrzej Grodziński,Artur Hejduk, Krzysztof Krasuski,

Andrzej Szymański

1

Przebadano 3 konstrukcje styków komór próżniowych do wyłączników SN: bipolarną, kwadropolarną i unipolarną.

Obliczono:rozkład gęstości prądu w stykach;przyrost temperatury w warunkach wyłączania prądu zwarciowego 25 kA/10ms;przyrost temperatury podczas cyklu ZW - załączenia i wyłączenia prądu zwarciowego.

Ponadto wykonano pomiary rozkładu składowych (promieniowej, obwodowej, osiowej) indukcji magnetycznej dla powyższych konstrukcji.

2

Budowa komory próżniowej

Obudowa ceramiczna

Mieszek

Styk górny nieruchomy

Przerwa międzystykowa

Styk dolny ruchomy

Ekran

3

Badania układów stykowych podjęto w związku z realizowanym w obu Instytutach projektem p.t.

„Opracowanie nowej generacji łączników dla dystrybucji energii elektrycznej średniego napięcia”

Wykonawcy - konsorcjum w skład którego wchodzi:

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna GospodarkaFundusze Europejskie – dla rozwoju innowacyjnej gospodarki

4

Instytut Tele- i Radiotechniczny

W ramach projektu zostanie opracowana rodzina W ramach projektu zostanie opracowana rodzina

wyłączników na napięcie znamionowe 7.2 kV wyłączników na napięcie znamionowe 7.2 kV

Parametry znamionowe wyłączników na napięcie 7,2kV

Prąd znamionowy 630 A 1250 A 1250 A

Prąd wyłączalny zwarciowy

12.5 kA 16 kA 25 kA

Prąd załączalny zwarciowy

32 kA 40 kA 63 kA

Przemienne napięcie probiercze izolacji 50Hz – 1 min.

23 kV

Udarowe napięcie probiercze izolacji 1,2/50μs

70 kV

Docisk styków 650 N 1000 N 2000 N5

W ramach Projektu zostanie opracowany również W ramach Projektu zostanie opracowany również

stycznik na napięcia znamionowe 7.2 kV i prąd stycznik na napięcia znamionowe 7.2 kV i prąd

znamionowy łączeniowy 630 A o podwyższonych znamionowy łączeniowy 630 A o podwyższonych

parametrach łączeniowychparametrach łączeniowych

Znamionowa zdolność wyłączania w kategorii

użytkowania AC-410 kA

Znamionowa zdolność załączania w kategorii

użytkowania AC-425 kA

6

Wyniki obliczeń rozkładu gęstości prądu znamionowego 1250 A, 50 Hz w styku bipolarnym

7

Wyniki obliczeń rozkładu gęstości prądu znamionowego 1250 A, 50 Hz w styku kwadropolarnym

8

Wyniki obliczeń rozkładu gęstości prądu znamionowego 1250 A, 50 Hz w styku unipolarnym

9

J T ∆TA/mm2 °C °C61,57 75,2321 0,232157,8 75,2046 0,204654,1 75,1792 0,1792

50,37 75,1553 0,155346,6 75,1330 0,133042,9 75,1127 0,112739,1 75,0936 0,093635,4 75,0767 0,076731,7 75,0615 0,061527,9 75,0477 0,047724,2 75,0359 0,035920,5 75,0257 0,025716,7 75,0171 0,017113 75,0103 0,01039,3 75,0053 0,00535,5 75,0019 0,0019

1,88 75,0002 0,0002

Wyniki obliczeń rozkładu przyrostów temperatury dla prądu zwarciowego 25 kA, 50 Hz w styku bipolarnym po 10 ms. 10

J T ∆TA/mm2 °C °C87,94 75,4737 0,473782,43 75,4162 0,416276,95 75,3627 0,362771,4 75,3122 0,3122

65,96 75,2664 0,266460,47 75,2239 0,223954,97 75,1850 0,185049,48 75,1499 0,149943,98 75,1184 0,118438,49 75,0907 0,090732,99 75,0666 0,066627,5 75,0463 0,046322 75,0296 0,0296

16,31 75,0163 0,016311,01 75,0074 0,00745,52 75,0019 0,0019

Wyniki obliczeń rozkładu przyrostów temperatury dla prądu zwarciowego 25 kA, 50 Hz w styku kwadropolarnym po 10 ms.

11

J T ∆TA/mm2 °C °C28,19 75,0486 0,048626,86 75,0442 0,044224,97 75,0382 0,038223,36 75,0334 0,033421,74 75,0289 0,028920,19 75,0250 0,025018,52 75,0210 0,021016,9 75,0175 0,0175

15,29 75,0143 0,014313,68 75,0115 0,011512,06 75,0089 0,008910,45 75,0067 0,00678,84 75,0048 0,00487,22 75,0032 0,00325,61 75,0019 0,00194,02 75,0010 0,0010

Wyniki obliczeń rozkładu przyrostów temperatury dla prądu zwarciowego 25 kA, 50 Hz w styku unipolarnym po 10 ms.

12

Schemat układu do pomiaru rozkładu indukcji pola magnetycznego, generowanego pomiędzy stykami przez prąd zwarciowy

13

Stanowisko do pomiaru składowych indukcji pola magnetycznego, rejestrator, notebook z programem WinHioki

14

1

2

3

1 – cewka mierząca składową promieniową indukcji2 - cewka mierząca składową obwodową indukcji3 - cewka mierząca składową osiową indukcji

Układ sond pomiarowych15

Linie, wzdłuż których mierzono pole na powierzchni styków

16

Styki bipolarne na stanowisku pomiarowym17

Zmierzony rozkład składowej osiowej indukcji magnetycznej dla styków bipolarnych (największa wartość 623.4 mT odpowiadająca 50

kA)18

Styki kwadropolarne na stanowisku pomiarowym19

Zmierzony rozkład składowej osiowej indukcji magnetycznej dla styku kwadropolarnego (największa wartość 170 mT odpowiadająca 50 kA)

20

Styki unipolarne na stanowisku pomiarowym21

Zmierzony rozkład składowej osiowej indukcji magnetycznej dla styku unipolarnego (największa wartość 286,7 mT odpowiadająca 50 kA)

22

Dalsze badania prezentowanych konstrukcji styków będą polegały na wykonywaniu prób zwarciowych w rozbieralnej komorze próżniowej.

Rozbieralna komora próżniowa oraz stanowisko pompowe firmy Balzers wytwarzające ciśnienie końcowe p = 5 x 10-7 mbara

23

WnioskiDla zaprojektowanych konstrukcji styków obliczono rozkłady gęstości prądu w stykach:największa obliczona gęstość prądu znamionowego 1250 A wynosi w styku unipolarnym 1.4 A/mm2, w bipolarnym 3.1 A/mm2, w kwadropolarnym 4.6 A/mm2.

Obliczono przyrosty temperatury podczas wyłączania prądu zwarciowego 25 kA (10 ms) wynoszą:przyrost wynosił w styku unipolarnym 0.05° C, bipolarnym 0.2° C, a kwadropolarnym 0.5° C.

Jak wynika z obliczeń najwyższy lokalny przyrost temperatury jest nieduży i nie zagraża utratą połączenia pomiędzy cewką a nakładką stykową;możliwe jest zatem przyjęcie nawet większych gęstości prądu na tych połączeniach. 24

Podobne obliczenia wykonano dla przypadku wyłączania prądu cyklu ZW:

przyjęto, ze czas przepływu prądu pomiędzy Z i W wynosi 30 ms;

przyrost temperatury podczas trwania cyklu ZW wynosił w styku: unipolarnym - 0.14° C, bipolarnym - 0.7° C, kwadropolarnym -1.4° C;

obliczone przyrosty nie mają znaczącego wpływu na jakość połączeń lutowniczych pomiędzy cewką styku a nakładką.

25

Przeprowadzono pomiary składowej osiowej indukcji magnetycznej na powierzchni styków. Wyniki pomiarów przeliczono dla prądu zwarciowego 50 kA. Najbardziej równomierny rozkład występuje w styku unipolarnym. Największa wartość składowej osiowej indukcji wynosiła dla styku bipolarnego 623 mT, unipolarnego 287 mT, kwadropolarnego 170 mT.

Dalszym etapem badań prezentowanych konstrukcji styków będą próby zwarciowe w rozbieralnej komorze próżniowej, które pozwolą na poznanie zjawisk zachodzących podczas wyłączania prądu w próżni.

26

Dziękuje za uwagę

27