Zobrazení: 0 Autor: Editor webu Čas publikování: 2026-08-05 Původ: místo
Tento dokument je interpretací uvedeného výzkumného dokumentu. Struktury produktů, výsledky simulací, experimentální křivky, snímky z vysokorychlostních kamer a příslušná data zde uvedená pocházejí z původního referenčního článku. |
DC 1500V fotovoltaické (FV) aplikace a aplikace systémů akumulace energie kladou vyšší nároky na DC jističe. Mnoho DC 1500V jističů (MCCB) tradičně používá čtyřpólové sériové schéma, které nabízí prostornou zhášecí komoru na více pólech, ale zvyšuje celkový objem a náklady na vybavení.
Vnitřní struktura a princip zhášení oblouku stejnosměrného jističe
Obrázek 3 Uspořádání konstrukcí zhášecích komor: (a) Nová dvoupólová zhášecí komora DC MCCB; (b) Konvenční zhášecí komora MCCB
Tento dokument od Xiamen Hongfa zkoumá dosažení vypínací kapacity DC 1500 V pomocí kompaktního dvoupólového jističe DC (dvoupólový DC MCCB).
Přestože je schéma dvoupólového stejnosměrného jističe kompaktní, každý pól musí odolat vyššímu napětí. V důsledku toho musí elektrický oblouk opustit kontakty během extrémně krátké doby, vstoupit do dělicích desek zhášecí komory a podstoupit rychlé ochlazení a rozdělení. Při zkouškách zkratové vypínací schopnosti při DC 1500V / 15kA s časovou konstantou 10 ms je kritickým faktorem určujícím omezení proudu a vypínací výkon, zda může napětí oblouku vzrůst co nejrychleji.
Obrázek 6 Porovnání proudového omezení a vypínacího výkonu dvoupólových stejnosměrných jističů
Článek porovnává průběhy napětí a proudu dvou prototypových jednotek během testování zkratového přerušení:
· Prototyp 1: Napětí oblouku vzroste na přibližně 350 V při dřívějším časovém označení, což omezuje špičkový proud na přibližně 8,6 kA.
· Prototyp 2: Nárůst napětí na oblouku je mírně zpožděn, což má za následek vyšší špičkový proud přibližně 9,4 kA.
To ukazuje, že čím dříve oblouk vstoupí do dělicích desek zhášecí komory, tím dříve eskaluje napětí oblouku, což umožňuje dříve omezit zkratový proud.
1. Původní struktura dělící desky
Originální struktura obloukového žlabu s konvexním uspořádáním dělicích desek
Článek nejprve analyzuje původní konstrukci zhášecí komory. Původní design využívá konvexně tvarované rozložení rozdělovacích desek, kde jsou centrální rozdělovací desky delší a umístěné blíže ke kontaktní oblasti.
· Desky blíže ke kontaktům mohou přitahovat oblouk v dřívější fázi.
· Dřívější kontakt mezi deskami a obloukem umožňuje rychlejší ochlazení a rozdělení oblouku.
· Dřívější nárůst napětí na oblouku by teoreticky měl přinést lepší výkon omezující proud.
Obrázek 7 Rozložení teploty v původní struktuře dělicí desky
Obrázek 7 znázorňuje rozložení teploty pod původní strukturou dělicí desky. Přestože se oblouk v počáteční fázi pohybuje směrem k dělicím deskám, po jejich dosažení se mu nedaří hladce vstoupit do mezer mezi deskami. Místo toho stagnuje v blízkosti vstupní oblasti, šíří se laterálně na obě strany a nakonec způsobí opětovný úder v blízkosti kontaktů.
Obrázek 8 Rozložení tlaku v původní struktuře dělicí desky
Obrázek 8 ukazuje odpovídající rozložení tlaku:
Protože střední dlouhé dělicí desky jsou umístěny příliš blízko kontaktů, je mezi vstupem skluzu a pohyblivými/pevnými kontakty vytvořena relativně uzavřená trojúhelníková zóna. Jak oblouk hoří, plyn o vysoké teplotě expanduje a uvnitř této zóny se zvyšuje tlak, který na vstupu přesahuje 5 atm.
Závěr: Vstup zhášecí komory se ucpe vysokotlakým plynem, což brání vniknutí oblouku.
2. Přesazená struktura dělící desky
Chcete-li tento problém vyřešit, článek navrhuje rozloženou strukturu dělicí desky:
· Zkraťte určité rozdělovací desky, abyste zvětšili nárazníkový prostor mezi kontakty a vstupem do žlabu.
· Přechod centrálních desek ze stejné délky na stupňovité uspořádání, čímž se sníží hustota dělicích desek na vstupu.
Obrázek 9 Rozložení teploty v nové struktuře dělicí desky
Obrázek 9 ukazuje rozložení teploty pod stupňovitou strukturou. Ve srovnání s původní konstrukcí prochází oblouk do dělicích desek mnohem plynuleji a je postupně řezán deskami.
Obrázek 10 Rozložení tlaku v nové struktuře dělicí desky
Obrázek 10 ukazuje rozložení tlaku pod novou konstrukcí. Je zřejmé, že na vstupu skluzu se již nevytváří vysokotlaká blokovací zóna. Tlakové vlny se volně šíří směrem k zadní části desek, udržují vstup ve stavu nižšího tlaku a usnadňují vstup oblouku.
Obrázek 11 Porovnání napětí simulovaného dvoupólového oblouku
Obrázek 11 ukazuje simulované srovnání napětí oblouku. Pod stupňovitou strukturou stoupá napětí oblouku plynuleji a dosahuje vyšší špičkové hodnoty.
Obrázek 12 Experimentální srovnání napětí oblouku
Obrázek 12 ukazuje experimentální srovnání napětí oblouku. Experimentální trend úzce souvisí s výsledky simulace, což potvrzuje, že rozložené dělicí desky účinně optimalizují vstup oblouku do skluzu.
Obrázek 13 Porovnání pohybu oblouku zachyceného vysokorychlostní kamerou
Obrázek 13 zobrazuje záznamy z vysokorychlostní kamery. V původní struktuře se oblouk nedaří hladce vstoupit do zhášecí komory, což vede k poruše zpětného úderu. V odstupňované struktuře oblouk úspěšně vstupuje do skluzu a je uhašen řezáním desky.
Key Takeaway: Delší dělicí desky a bližší blízkost kontaktů nejsou ze své podstaty lepší. Bez prostoru pro odlehčení tlaku na vstupu bude oblouk venku zablokován.
3. Struktura kužele pro vedení toku: Prevence turbulencí na dně
I když jsou stupňovité dělicí desky účinné, zvyšují složitost montáže a nemusí vyhovovat plně automatizované výrobě.
Proto článek navrhuje další optimalizační schéma: přidání kužele navádějícího proudění na dno zhášecí komory.
U dvoupólových DC MCCB je zhášecí komora uspořádána v podélném směru. Po vstupu do skluzu se musí oblouk a proud horkého plynu přesměrovat na dno před vypuštěním směrem k oboustranným výfukovým otvorům.
Jinými slovy, proud plynu neprochází přímo skrz – musí zahnout za roh, kde je nejpravděpodobnější výskyt tlaku.
Obrázek 14 Rozložení teploty v obloukovém žlabu s kuželem navádějícím proudění
Obrázek 14 ukazuje rozložení teploty po začlenění kužele pro vedení toku. Celkový pohyb oblouku se stává plynulejším, což umožňuje správný vstup a řezání pomocí dělicích desek.
Obrázek 15 Distribuce tlaku v obloukovém žlabu s kuželem navádějícím proudění
Obrázek 15 ukazuje rozložení tlaku s kuželem pro vedení toku. Kužel směruje proudění plynu z výstupů desky na obě strany, čímž eliminuje silné hromadění tlaku na dně žlabu a dosahuje rovnoměrnějšího rozložení tlaku.
To zabraňuje hromadění plynu o vysoké teplotě nebo opakované změně směru na dně a vede jej plynule ven po obou stranách.
4. Porovnání rychlosti toku před a za vodicím kuželem toku
Obrázek 16 Porovnání rychlosti proudění na dně obloukového žlabu před a za vodícím kuželem proudu
Obrázek 16 porovnává rychlost plynu ve spodní části zhášecí komory před a po přidání kužele pro vedení toku.
· Bez kužele pro vedení toku: Rychlost plynu rychle stoupá, klesá a pak se obrací, což indikuje opakované obrácení toku na dně. Reverzace toku způsobuje lokalizovaný nárůst tlaku a brání pohybu oblouku.
· S kuželem pro vedení toku: I když počáteční rychlost stoupá pomaleji, směr toku zůstává výrazně stabilnější. Jakmile je dosaženo vysoké rychlosti, jednosměrný proud je udržován po delší dobu.
Obrázek 17 Porovnání napětí simulovaného oblouku před a za vodicím kuželem toku
Obrázek 17 porovnává napětí simulovaného oblouku. Bez kužele napětí na oblouku zpočátku rychle stoupá, ale později prudce klesá kvůli abnormálnímu chování oblouku. S kuželem se napětí v raných fázích mírně zvyšuje, ale neustále stoupá, což podporuje konečné zhasnutí oblouku.
Obrázek 18 Porovnání experimentálního napětí oblouku před a za vodicím kuželem toku
Obrázek 18 porovnává napětí experimentálního oblouku. V souladu se simulací přidání vodícího kužele toku způsobí výraznější nárůst napětí v pozdějších fázích, což demonstruje kontinuální prodloužení, chlazení a řezání oblouku.
Obrázek 19 Porovnání pohybu oblouku zachyceného vysokorychlostní kamerou před a za vodicím kuželem toku
Obrázek 19 ukazuje pozorování vysokorychlostní kamery. Bez kužele vedení toku se oblouk a horký plyn koncentrují lokálně a nedokážou difundovat skrz žlab, někdy se obrátí směr a vyfoukne se v blízkosti rotujícího hřídele. S kuželem je distribuce tepelného plynu mnohem rovnoměrnější, což umožňuje rychlý vstup a zhasnutí oblouku.
Základní princip: Transformace turbulentního proudění na směrovaný proud, přeměna lokalizovaného nárůstu tlaku na rovnoměrný výfuk.
5. Závěr
· Zhášecí schopnost oblouku stejnosměrných 1500V dvoupólových DC MCCB silně závisí na tom, zda může oblouk hladce vstoupit do dělicích desek zhášecí komory v raných fázích.
· Původní uspořádání konvexních dělicích desek přibližuje desky blíže kontaktům, ale způsobuje silnou akumulaci tlaku na vstupu a blokuje vstup oblouku.
· Stupňovité dělicí desky snižují hustotu vstupní desky a poskytují zásadní prostor pro uvolnění tlaku, který usnadňuje vstup oblouku a řezání.
· Kužel pro vedení toku přesměrovává tok plynu na dno zhášecí komory, čímž snižuje nárůst tlaku a reverzaci toku, aby byl zajištěn stabilní pohyb oblouku.
Reference
CHEN Mo, LU Ningyi, ZHAI Guofu. Optimální návrh plynových průchodů pro DC 1500V dvoupólový jistič na bázi obloukové magnetohydrodynamické simulace [J]. Transakce Čínské elektrotechnické společnosti.
