Badania wybranych parametrów próżniowych komór gaszeniowych

Lech, Michał

Badania wybranych parametrów próżniowych komór gaszeniowych

Alternative title

Studies of selected parameters of vacuum interrupters

Type

Thesis

Subtype

Doctoral thesis

Authors/Creators

Lech, Michał

Promoter

Węgierek, Paweł

Additional promoter

Turek, Marcin

PBN affiliation

automation, electronics, electrical engineering and space technologies

Date

2024

Abstract PL

W niniejszej rozprawie doktorskiej przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych wybranych parametrów próżniowych komór gaszeniowych, wykorzystywanych w elektroenergetycznej aparaturze łączeniowej średniego napięcia. W pierwszej części rozprawy opisano ideę zastosowania próżniowej techniki łączeniowej, skupiając się na rozwoju komór gaszeniowych na przestrzeni lat, a także na kwestiach związanych z ograniczeniami w stosowaniu szkodliwych dla środowiska mediów izolacyjnych w aparaturze łączeniowej i rozdzielczej. Dokonano również analizy kierunków badawczych w zakresie próżniowej techniki łączeniowej, przedstawiając najnowsze trendy związane z badaniami tego typu urządzeń. W drugiej części rozprawy przedstawiono wyniki prac badawczych związanych z analizą wpływu wybranych zmiennych, takich jak wartość ciśnienia i rodzaj gazów resztkowych oraz materiał nakładek stykowych na wytrzymałość elektryczną próżniowych komór gaszeniowych, a także na parametry próżniowego łuku elektrycznego, palącego się w przestrzeni międzystykowej podczas wykonywania operacji łączeniowych. Na podstawie otrzymanych wyników pomiarów laboratoryjnych, stwierdzono, że wykorzystanie wybranych gazów szlachetnych, takich jak neon lub hel, umożliwia zwiększenie wartości znamionowego ciśnienia pracy próżniowych komór gaszeniowych średniego napięcia, zachowując wytrzymałość elektryczną odpowiadającą próżni powstałej na bazie powietrza. Co więcej, zwiększenie wartości ciśnienia pracy komory próżniowej poprzez wykorzystanie gazów resztkowych powstałych na bazie neonu lub helu, nie powoduje wzrostu negatywnych skutków procesu palenia się próżniowego łuku elektrycznego na przebieg procesów łączeniowych. Przy większej wartości ciśnienia znamionowego próżniowej komory gaszeniowej, zmniejsza się prawdopodobieństwo potencjalnego rozszczelnienia komory, a tym samym przeniesienia się wysokiego potencjału na drugi biegun aparatu łączeniowego. Co więcej, medium izolacyjne i gaszeniowe w postaci próżni otrzymanej na bazie wybranych gazów szlachetnych, jest w pełni bezpieczne dla środowiska i zgodne z aktualnymi wymaganiami dotyczącymi sukcesywnego ograniczania stosowania gazów cieplarnianych, w tym sześciofluorku siarki, w aparaturze łączeniowej i rozdzielczej. Uzyskane wyniki prac badawczych dają możliwość projektowania i produkcji nowoczesnej i ekologicznej aparatury łączeniowej, o znacznie lepszych parametrach technicznych, co pozwoli na wydłużenie czasu ich bezawaryjnej eksploatacji. Jest to więc szansa na zwiększenie niezawodności dostarczania energii elektrycznej do odbiorców końcowych, poprzez ograniczenie ilości oraz długości przerw w zasilaniu, a tym samym zmniejszenie wartości wskaźników niezawodnościowych SAIDI i SAIFI, które są istotnym miernikiem jakości usług Operatorów Systemu Dystrybucyjnego.

Abstract EN

This dissertation presents the results of an experimental study of selected parameters of vacuum interrupters, used in medium-voltage power switching equipment. The first part of the dissertation describes the idea of using vacuum switching technology, focusing on the development of vacuum interrupters over the years, as well as the on issues related to restrictions on the use of environmentally harmful insulating media in switching and distribution apparatus. The research directions in the field of vacuum switching technology were also analyzed, presenting the latest trends related to the research of this type of equipment. The second part of the dissertation presents the results of research work related to the analysis of the influence of selected variables, such as the value of pressure and the type of residual gases and the material of contact pads on the electrical strength of vacuum interrupters, as well as on the parameters of the vacuum electric arc burning in the contact space during switching operations. Based on the results of laboratory measurements obtained, it was found, that the use of selected noble gases, such as neon or helium, makes it possible to increase the operating pressure rating of medium-voltage vacuum interrupters while maintaining the electrical strength corresponding to air-based vacuum. Moreover, increasing the operating pressure rating of the vacuum interrupter by using residual gases formed on the basis of neon or helium does not increase the negative effects of the vacuum arc burning process on the course of switching processes. With a higher pressure rating of the vacuum interrupter, the probability of a potential unsealing and thus the transfer of high potential to the other pole of the switching apparatus, is reduced. What is more, the insulating and quenching medium in the form of a vacuum obtained on the basis of selected noble gases, is fully environmentally safe and complies with the with current requirements for successive reduction of the use of greenhouse gases, including sulfur hexafluoride, in switching and distribution apparatus. The obtained results of the research work provide the opportunity to design and manufacture modern and environmentally friendly switchgear, with much better technical parameters, which will allow to extend their failure-free operation time. It is therefore an opportunity to increase the reliability of electricity supply to end users, by reducing the number and length of power outages, and thus reducing the values of reliability indices SAIDI and SAIFI, which are an important measure of the quality of services of Distribution System Operators.

Keywords PL

komora próżniowa

aparatura łączeniowa

wytrzymałość elektryczna

łuk elektryczny

Keywords EN

vacuum interrupter

switchgear

electrical strength

electric arc

Statistics