عنوان پایان‌نامه
مطالعه قوس الکتریکی کشنده شونده سریع بین کنتاکت ها در کلیدهای قدرت هوایی فوق سریع
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-قدرت-سیستم ها فشارقوی الکتریکی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2533
- تاریخ دفاع
- ۰۶ شهریور ۱۳۹۳
- دانشجو
- فرشاد رحیمی
- استاد راهنما
- امیر عباس شایگانی اکمل
- چکیده
- امروزه سیستم های جدید تولید برق مانند: توربین های بادی، سلول های خورشیدی، توربین های گازی ومیکرو توربین های آبی به خاطر سازگاری با محیط زیست در حال گسترش می‌باشند؛ در اینگونه سیستم های تولید برق به دلیل سرعت بالای عملکرد اجزاء، سرعت بالای کلید زنی که در حدود 1ms می‌باشد به منظور حفاظت تجهیزات، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. یکی از راه حل های رسیدن به سرعت های بالا در کلیدهای قدرت استفاده از درایوهای الکترودینامیکی می‌باشد. اساس کار این کلیدها استفاده از نیروی دافعه الکترومغناطیسی جهت شتاب دادن به کنتاکت های کلید می‌باشد. این کلیدها بایستی دارای قابلیت تحمل ولتاژ بالایی بوده و جریان بالایی را از خود عبور دهند، این کلیدها درمقایسه با کلیدهایی هستند که بطور معمول از آنها استفاده می‌شود واصول عملکرد آنها بر مبنای ذخیره انرژی در فنر می‌باشد وتوانایی قطع جریان خطا را در مدت زمان حدود ms 30-45 دارند که در مقایسه با کلید های با درایو الکترودینامیکی زمان زیادی ودر این مدت تجهیزات و شبکه تحت استرس زیادی هستند وبهتر است خطا سریعتر برطرف شود. مدت زمان مورد نیاز برای قطع جریان در کلید فوق سریع به فرکانس تخلیه خازن در درایو بستگی دارد و در فرکانس 1kHzاین زمان حدود 1msاست ولی در کلید های مرسوم این زمان به ثابت زمانی اجزای مکانیکی سیستم بستگی دارد، مسلما سیستم های مکانیکی کند تر از الکتریکی هستند. بررسی و مطالعه قوس الکتریکی تولید شونده بین کنتاکت ها در اینگونه کلیدها از اهمیت ویژه ای برخوردار است.از آنجاییکه سرعت حرکت کنتاکت ها در کلیدهای فوق سریع بسیار بیشتر از کلیدهای معمولی می‌باشد(سرعت باز شدن کلیدهای قدرت معمولی در حدود 1.19 تا 2.14 متر بر ثانیه است). قوس الکتریکی تولید شده در طی عملیات قطع جریان در این گونه کلیدها به قوس الکتریکی های طویل شونده سریع معروف هستند و چون بررسی های مد نظر در کلیدهای هوایی قرار است صورت بپذیرد و در محیط اتمسفری می‌باشد قوس الکتریکی ای که تولید می‌شود را می‌توان از نوع قوس الکتریکی فشار قوی خواند که بررسی و مطالعه رفتار این نوع قوس الکتریکی ها در سرعت های مختلف دور شدن کنتاکت ها می‌تواند نقش بسزایی در افزایش کارایی و بهبود عملکرد و طراحی کلیدهای قدرت فوق سریع داشته باشد. به منظور مطالعه قوس الکتریکی تولید شده بین کنتاکت های کلید قدرت فوق سریع که به قوس الکتریکی طویل شونده سریع موسوم است در مرحله اول بایستی اقدام به طراحی یک نمونه آزمایشگاهی برای تولید اینگونه قوس های الکتریکی بپردازیم، که شامل کنتاکت ها و درایو الکترودینامیکی جهت شتاب دادن به کنتاکت ها می‌باشد و پس از ساخت نمونه آزمایشگاهی مدنظر به تست آن در آزمایشگاه می پردازیم و جریان و ولتاژ قوس جهت بررسی و شبیه سازی ثبت می شوند و با استفاده از یک دوربین سرعت بالا ، سرعت باز شدن کنتاکت ها تخمین زده می شوند و در گام آخر به شبیه سازی و ارایه یک مدل برای شبیه سازی قوس های الکتریکی طویل شونده سریع پرداخته می‌شود. واژه های کلیدی کلید فشار قوی، قوس الکتریکی طویل شونده، درایو الکترودینامیکی، رفتار دینامیکی قوس الکتریکی، شبیه سازی قوس الکتریکی ، کلید فوق سریع، رفتار قوس الکتریکی، نمونه آمایشگاهی کلید با درایو الکترودینامیکی
- Abstract
- Recent developments in power generation systems such as fuel cells, wind power turbines, solar cells, micro gas turbines and micro hydraulic power generators are being widely explored because they are considered environmentally-friendly . In these distributed power systems high speed switching, Such as within 1ms interruption operation are needed for the protection of systems. one of the solutions for receiving to higher speeds in power circuit breakers is utilizing electro dynamical drives, The principals in these drives is repulsive force which is appearing by electromagnetic immediate forces, These circuit breakers can bear high currents and high voltage in various ranges. These type of circuit breakers are comparable with traditional circuit breakers that normally working with springs and their systems are mainly mechanical and they are capable to interrupt the fault currents within 30-45 ms and in compare of electro dynamical drives is too high and in these duration power systems and other system’s devices are under sever condition and it is better that this faults could be eliminated faster. Fault current elimination time in high speed circuit breakers is depended on discharged current frequency and in 1 kHz it is roughly equal to 1 ms, but in conventional circuit breakers this times is related to Time Constants of mechanical parts and it is evident that mechanical systems are slower in compare of electrical systems. Study and verification of electrical arcs between contacts is very important, in these types of circuit breakers. As far as opening speed in high speed circuit breakers is more than conventional circuit breakers speed (Conventional circuit breakers opening speed is roughly equal to 1.19 m/s – 2.14 m/s) electrical arcs at high speed circuit breakers was named to fast elongated arcs and because our assessments are in atmospheric pressure so produced electrical arcs are from kind of high pressure arcs which study of these arcs in various contacts opening speed can play an important role in increasing high speed circuit breakers capability and performance and design. In regarding study of fast elongated arcs which produce between contacts , In the first step we need one prototype for producing this kind of electrical arcs, for inventing this prototype we need to design its contacts and required drive commensurate with our purposes and work and features. After inventing prototype we should proceed to test it in the laboratory and record the electrical arc’s voltage and current and estimation of contact opening speed with high speed camera with capability of 400 frame/second. The final step is to provide a suitable way for simulation of fast elongated arcs in simulation environments which is in compliance with experimental results.
