BADANIE WŁAŚCIWOŚCI MAGNETYCZNYCH STYKÓW KOMÓR PRÓŻNIOWYCH Instytut Elektrotechniki BADANIE WŁAŚCIWOŚCI MAGNETYCZNYCH STYKÓW KOMÓR PRÓŻNIOWYCH Andrzej Dzierżyński, Andrzej Grodziński, Artur Hejduk, Krzysztof Krasuski, Andrzej Szymański

Badania styków z osiowym polem magnetycznym 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

Badania styków z osiowym polem magnetycznym Obudowa ceramiczna Ekran Styk górny nieruchomy Przerwa międzystykowa Mieszek Styk dolny ruchomy Budowa komory próżniowej 3

Badania styków z osiowym polem magnetycznym 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: Instytut Tele- i Radiotechniczny Instytut Elektrotechniki Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka Fundusze Europejskie – dla rozwoju innowacyjnej gospodarki Plan prezentacji

Parametry znamionowe wyłączników na napięcie 7,2kV W ramach projektu zostanie opracowana rodzina wyłączników na napięcie znamionowe 7.2 kV Parametry znamionowe wyłączników na napięcie 7,2kV Prąd znamionowy 630 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 N

W ramach Projektu zostanie opracowany również stycznik na napięcia znamionowe 7.2 kV i prąd znamionowy łączeniowy 630 A o podwyższonych parametrach łączeniowych Znamionowa zdolność wyłączania w kategorii użytkowania AC-4 10 kA Znamionowa zdolność załączania w kategorii użytkowania AC-4 25 kA

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

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

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

J T ∆T A/mm2 °C 61,57 75,2321 0,2321 57,8 75,2046 0,2046 54,1 75,1792 0,1792 50,37 75,1553 0,1553 46,6 75,1330 0,1330 42,9 75,1127 0,1127 39,1 75,0936 0,0936 35,4 75,0767 0,0767 31,7 75,0615 0,0615 27,9 75,0477 0,0477 24,2 75,0359 0,0359 20,5 75,0257 0,0257 16,7 75,0171 0,0171 13 75,0103 0,0103 9,3 75,0053 0,0053 5,5 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.

J T ∆T A/mm2 °C 87,94 75,4737 0,4737 82,43 75,4162 0,4162 76,95 75,3627 0,3627 71,4 75,3122 0,3122 65,96 75,2664 0,2664 60,47 75,2239 0,2239 54,97 75,1850 0,1850 49,48 75,1499 0,1499 43,98 75,1184 0,1184 38,49 75,0907 0,0907 32,99 75,0666 0,0666 27,5 75,0463 0,0463 22 75,0296 0,0296 16,31 75,0163 0,0163 11,01 75,0074 0,0074 5,52 75,0019 0,0019 Wyniki obliczeń rozkładu przyrostów temperatury dla prądu zwarciowego 25 kA, 50 Hz w styku kwadropolarnym po 10 ms.

J T ∆T A/mm2 °C 28,19 75,0486 0,0486 26,86 75,0442 0,0442 24,97 75,0382 0,0382 23,36 75,0334 0,0334 21,74 75,0289 0,0289 20,19 75,0250 0,0250 18,52 75,0210 0,0210 16,9 75,0175 0,0175 15,29 75,0143 0,0143 13,68 75,0115 0,0115 12,06 75,0089 0,0089 10,45 75,0067 0,0067 8,84 75,0048 0,0048 7,22 75,0032 0,0032 5,61 75,0019 0,0019 4,02 75,0010 0,0010 Wyniki obliczeń rozkładu przyrostów temperatury dla prądu zwarciowego 25 kA, 50 Hz w styku unipolarnym po 10 ms.

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

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

1 – cewka mierząca składową promieniową indukcji 2 - cewka mierząca składową obwodową indukcji 3 - cewka mierząca składową osiową indukcji Układ sond pomiarowych

Linie, wzdłuż których mierzono pole na powierzchni styków

Styki bipolarne na stanowisku pomiarowym

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

Styki kwadropolarne na stanowisku pomiarowym

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

Styki unipolarne na stanowisku pomiarowym

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

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

Wnioski Dla 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.

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.

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.

Dziękuje za uwagę