Metoda symulacji działania podczas procesu wyłączania prądu wysokonapięciowego wyłącznika z sześciofluorkiem siarki na przykładzie wyłącznika trzeciej generacji

Podstawowym celem pracy jest opracowanie metody symulacji działania podczas procesu wyłączania prądu wysokonapięciowego wyłącznika z sześciofluorkiem siarki - SF6 - na przykładzie wyłącznika trzeciej generacji. W wyłączniku tego typu do wytworzenia przyrostu ciśnienia gazu w komorze gaszeniowej, koniecznego do wywołania przepływu sześciofluorku siarki w układzie dyszowym, wykorzystywane jest oprócz pracy napędu także zjawisko termoekspansji. W pracy omówiono podstawowe kierunki badań dotyczących wyłączników wysokonapięciowych, a także metody obliczeniowe wykorzystywane podczas konstruowania i badań wyłączników. Przedstawiono budowę i sposób działania komory gaszeniowej i napędu wyłącznika trzeciej generacji a także kolejne etapy procesu wyłączania prądu, gdy gaszenie łuku elektrycznego odbywa się w dwustrumieniowym układzie dyszowym a czynnikiem gaszącym jest sześciofluorek siarki. Omówiono mechanizm powstawania zjawiska termoekspansji i wpływ na jego przebieg ablacji materiałów izolacyjnych. Zaprezentowano wyniki badań modelowej komory gaszeniowej jak również wybrane wyniki badań wyłączników rzeczywistych. Na tej podstawie sformułowano równania opisujące pracę wszystkich podstawowych elementów wyłącznika uwzględniając współzależność zjawisk odbywających w różnych jego częściach. Wzięto także pod uwagę wpływ łuku elektrycznego na warunki przepływu gazu w układzie dyszowym a także na przebieg wielkości termodynamicznych sześciofluorku siarki w komorze gaszeniowej. Opracowano metodę rozwiązania tego układu równań i wykonano obliczenia dla różnych wartości wyłączanego prądu, czasu łukowego, wymiarów komory gaszeniowej oraz energii napędu. Oceniono współdziałanie podstawowych elementów wyłącznika. Wyznaczono przebiegi charakterystyk ruchu styków, powierzchni przepływu gazu przez oba zawory, wielkości termodynamicznych SF6 w komorze gaszeniowej oraz wielkości mechanicznych charakteryzujących pracę napędu. Dokonano weryfikacji wyników obliczeń na podstawie badań przeprowadzonych na specjalnym modelu komory gaszeniowej nowej generacji, do budowy którego wykorzystano elementy rzeczywistego wyłącznika (np. dyszę główną, zestyk opalny, osłonę izolacyjną styku ruchomego, cylinder). W oparciu o wyniki badań laboratoryjnych modelu komory oraz rzeczywistego wyłącznika, wykorzystując również wyniki obliczeń symulujących określono czynniki decydujące o przebiegu procesu wyłączania prądu we wszystkich charakterystycznych przypadkach pracy wyłącznika w systemie elektroenergetycznym. Sformułówano liczne wnioski dotyczące działania wyłącznika, współpracy komory gaszeniowej i napędu, zjawisk termoekspansji i ablacji oraz przebiegu procesu wyłączania prądu przez wyłącznik trzeciej generacji z sześciofluorkiem siarki.