Комп`ютерна модель виявлення зносу контактної системи вакуумного вимикача

Abstract

У роботі розглянуто застосування вакуумних вимикачів та роль контактної системи у роботі вакуумної комутаційної техніки. Комп`ютерна модель побудована відповідно до математичної моделі виявлення зносу контактної системи вакуумного вимикача. Отримана модель дозволяє імітувати ввімкнення та вимкнення вакуумного вимикача та аналізувати процеси, що проходять під час його комутації. Окремо представлено опис для процесів ввімкнення та вимкнення контактної системи вимикача. При замиканні силових контактів вимикача розраховується загальна електродинамічна сила відкиду контактів по кожному із полюсів контактної системи. Електродинамічна сила відкиду розраховується за допомогою математичної моделі горіння дуги Майра. Модель дуги представлена для кожного полюсу вимикача окремо. При ввімкненні знос силових контактів визначається на основі порівняння діючого тягового зусилля ввімкнення із загальною електродинамічною силою відкиду по усіх полюсах контактної системи. При досягненні різниці діючої сили тяги та загального електродинамічного зусилля протидії порогового значення, комп`ютерна модель сигналізує про знос контактної системи. При вимкненні знос силових контактів визначається на основі порівняння діючого приводного тягового зусилля вимкнення із мінімально допустимим тяговим зусиллям для процесу вимкнення вакуумного вимикача. При досягненні різниці діючої сили тяги та мінімально допустимого тягового зусилля розмикання порогового значення, комп`ютерна модель сигналізує про знос контактної системи. Розрахунок рівнянь математичної моделі та візуалізація отриманих результатів виконана в середовищі MATLAB/Simulink. Комп`ютерна модель дозволяє імітувати ввімкнення/вимкнення вакуумного вимикача при різних струмах, змінювати технічні параметри контактної системи та інформувати про зношення контактної системи. Результати розробленої комп`ютерної моделі можуть бути використані у задачах діагностування технічного стану контактних систем вакуумних вимикачів.

В работе рассмотрено применение вакуумных выключателей и роль контактной системы в работе вакуумной коммутационной техники. Компьютерная модель построена в соответствии с математической моделью выявления износа контактной системы вакуумного выключателя. Полученная модель позволяет имитировать включение и выключение вакуумного выключателя и анализировать процессы, происходящие во время его коммутации. Отдельно представлено описание для процессов включения и выключения контактной системы выключателя. При замыкании силовых контактов выключателя рассчитывается общая электродинамическая сила отталкивания контактов по каждому из полюсов контактной системы. Электродинамическая сила отталкивания рассчитывается с помощью математической модели горения дуги Майра. Модель дуги представлена для каждого полюса выключателя отдельно. При включении износ силовых контактов определяется на основе сравнения действующего тягового усилия включения с общей электродинамической силой отталкивания по всем полюсам контактной системы. При достижении разницы действующей силы тяги и общего электродинамического усилия противодействия порогового значения, компьютерная модель сигнализирует об износе контактной системы. При отключении износ силовых контактов определяется на основе сравнения действующего приводного тягового усилия выключения с минимально допустимым тяговым усилием для процесса отключения вакуумного выключателя. При достижении разницы действующей силы тяги и минимально допустимого тягового усилия размыкания порогового значения, компьютерная модель сигнализирует об износе контактной системы. Расчет уравнений математической модели и визуализация полученных результатов выполнена в среде MATLAB/Simulink. Компьютерная модель позволяет имитировать включения/выключения вакуумного выключателя при различных токах, изменять технические параметры контактной системы и информировать об износе контактной системы. Результаты разработанной компьютерной модели могут быть использованы в задачах диагностирования технического состояния контактных систем вакуумных выключателей.

Checking the operation of the mathematical model for detecting wear of the contact system of a vacuum circuit breaker. Analysis of the processes taking place during switching and which affect the technical condition of the contact system of the vacuum circuit breaker, the detection of contact wear when the circuit breaker is turned on and off. Methodology. We used a computer model of the Mayr arc in MATLAB/Simulink to calculate the electrodynamic force of contact drop at each pole when turned on. The traction forces of the electromagnet of the switch at switching on and off on electric and mechanical parameters of the electromagnetic actuator were calculated. The effective tractive force and the total electrodynamic force of contact rejection when switched on and the effective tractive force with the minimum allowable tractive force for the shutdown process were compared. The numerical solution of the mathematical model equations and the visualization of the obtained results were performed in MATLAB®/Simulink. Results. We developed a computer model in the MATLAB/Simulink program to calculate the wear of the contact system of a circuit breaker according to a mathematical model. In case of exceeding the conditions for comparing traction and opposing forces for switching on or off, a signal is generated for detecting wear of the power contacts of the contact system of the switch. The wear detection signal is generated separately for the on and off switch mode. Originality. For the first time, we conducted a computer simulation of the identification of the wear of the vacuum switch contact system. We analyzed the effect of electric erosion of the arc discharge on the contacts and the mechanical parameters of the contacts' movement on the wear of the contact system during the switching of the vacuum switch with the electromagnetic actuator. Practical value. The results of the computer simulation confirm the feasibility of applying the proposed mathematical model for the detection of wear of the contact system of the vacuum switch. The proposed method of calculating contact wear can be used to diagnose the technical condition of a contact system of a switch. The application of the model will allow timely warning of operational staff about the critical condition of the contact system, the need to have it repaired and to prevent damage to the vacuum switch. Figures 6, references 15.