Математическая модель дугогашения в соседних камерах молниезащитного мультикамерного разрядника РМКЭ-10
Ключевые слова:
молниезащита, мультикамерный разрядник, гашение дуги, перекрытие дуговых разрядов, математическое моделирование
Аннотация
Мультикамерные разрядники находят широкое применение для защиты воздушных линий электропередачи от грозовых перенапряжений. Для выработки рекомендаций по конструкции мультикамерного разрядника с учетом условий эксплуатации необходимо разработать математическую модель процессов гашения дуги в разрядных камерах мультикамерного разрядника. Кроме процессов внутри разрядных камер, такая модель должна предсказывать условия работы мультикамерного разрядника без перекрытия соседних плазменных струй снаружи разрядника. С этой целью была разработана математическая модель работы двух последовательных разрядных камер мультикамерного разрядника РМКЭ-10 в среде COMSOL Multiphysics. При этом была использована временная зависимость тока через мультикамерный разрядник, полученная при проведении расчетов на разработанной модели электрической схемы испытательного стенда мультикамерного разрядника в среде Matlab Simulink. Расчеты по модели двух последовательных разрядных камер были проведены для двух вариантов межкамерных расстояний. Установлены области, исключающие перекрытия формируемых струй дуговых разрядов. Проведено сравнение теоретических и экспериментальных данных, подтверждающее адекватность разработанной методики расчета последовательно формируемых дуговых разрядов в мультикамерном разряднике, определены направления дальнейших модернизаций математической модели мультикамерного разрядника.
Литература
1. Podporkin G.V., et al. Overhead Lines Lightning Protection by Multi-Chamber Arresters and Insulator-Arresters. – IEEE Transactions on Power Delivery, 2011, vol. 26, No. 1, pp. 214–221, DOI:10.1109/TPWRD.2010.2076368.
2. Подпоркин Г.В., Енькин Е.Ю., Пильщиков В.Е. Разработка мультикамерной системы разрядников. – Электричество, 2013, № 1, с. 26–32.
3. Cайт АО «НПО «Стример» [Электрон. ресурс], URL: https://www.streamer.ru (дата обращения 30.03.2022).
4. Guo Z., et al. Three Dimensional Simulation of the Arc Inside an Insulator-Arrester with a Multichamber System. – AIP Advances, 2016, vol. 6, No. 4, 045117, DOI:10.1063/1.4948453.
5. Li Z., et al. Study on Impulse Quenching Based Multichamber Arc Quenching Structure. – AIP Advances, 2019, vol. 9, No. 8, 085104, DOI:10.1063/1.5113853.
6. Li Z., et al. Influence of Chamber Structure on Arc Quenching in Multigap System. – High Voltage, 2020, vol. 5, No. 3, pp. 313–318, DO10.1049/hve.2019.0064.
7. Wu D.,Wang J. Lightning Protection of 10 kV Distribution Lines by Multiple Breakpoints Arc-Extinguishing Lightning Protection Gap. – IEEE Transactions on Plasma Science, 2020, vol. 48, pp. 531–536, DOI: 10.1109/TPS.2020.2965956.
8. Wu D., Ji Z.;Wang J. Simulation and Experimental Analysis of Multi-Chamber Arc-Quenching Arresters (MCAA) for 10 kV Transmission Lines. – Energies, 2021, vol. 14, 6185.
9. Иванов Д.В., Подпоркин Г.В., Фролов В.Я. Моделирование нестационарных плазменных процессов в разрядной камере мультикамерного разрядника для молниезащиты линий электропередачи. – Известия НТЦ Единой энергетической системы, 2016, № 2 (75), с. 128–133.
10. Frolov V.Y., Ivanov D.V., Belsky R.A. Increasing of Operation Security and of Breaking Capacity of Surge Arresters. – IEEE Сonference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus), 2017, 7910861, pp. 1520–1523, DOI:10.1109/EIConRus.2017.7910861.
11. Верещаго Е.Н., Костюченко В.И. Имитационная модель электрической дуги. – Электротехника, 2014, № 6, с. 36–42.
12. Сурис А.Л. Термодинамика высокотемпературных процессов: справочник. М.: Металлургия, 1985, 568 c.
13. Boulos M.I., Fauchais P., Pfender E. Thermal Plasmas: Fundamentals and Applications, vol. 1. New York: Plenum Press, 1994, 467 с.
14. Devoto R.S. Transport Properties of Ionized Monatomic Gases. – Physics of Fluids, 1966, vol. 9, No. 6, pp. 1230–1240, DOI: 10.1063/1.1761825.
15. Devoto R.S. Simplified Expressions for the Transport Properties of Ionized Monatomic Gases. – Physics of Fluids, 1967, vol. 10, No. 10, pp. 2105–2112, DOI: 10.1063/1.1762005.
16. Rat V., et al. Treatment of Non-Equilibrium Phenomena in Thermal Plasma Flows. – Journal of Physics D: Appl. Phys, 2008, vol. 41, No. 18, 183001, DOI: 10.1088/0022-3727/41/18/183001.
17. Сайт COMSOL Multiphysics. [Электрон. ресурс], URL: https://www.comsol.com (дата обращения 30.03.2022).
18. Nordborg H., Iordanidis A.A. Self-Consistent Radiation Based Modelling of Electric Arcs: I. Efficient Radiation Approximations. – Journal of Physics D Applied Physics, 2008, vol. 41, No. 13, 135205, DOI:10.1088/0022-3727/41/13/135205.
19 Mürmann M., et al. Modeling and SImulation of the Current Quenching Behavior of a Line Lightning Protection Device. – Journal of Physics D Applied Physics, 2017, vol. 50, 105203, DOI:10.1088/1361-6463/aa560e.
20. Суперкомпьютерный центр «Политехнический» [Электрон. ресурс], URL: https://research.spbstu.ru/skc/? (дата обращения 30.03.2022).
#
1. Podporkin G.V., et al. Overhead Lines Lightning Protection by Multi-Chamber Arresters and Insulator-Arresters. – IEEE Transactions on Power Delivery, 2011, vol. 26, No. 1, pp. 214–221, DOI:10.1109/TPWRD.2010.2076368.
2. Podporkin G.V., En'kin E.Yu., Pil'shchikov V.E. Elektrichest-vo – in Russ. (Electricity), 2013, No. 1, pp. 26–32.
3. Website of JSC "NPO "Streamer" [Electron. resource], URL: https://www.streamer.ru (Date of appeal 30.03.2022).
4. Guo Z., et al. Three Dimensional Simulation of the Arc Inside an Insulator-Arrester with a Multichamber System. – AIP Advances, 2016, vol. 6, No. 4, 045117, DOI:10.1063/1.4948453.
5. Li Z., et al. Study on Impulse Quenching Based Multichamber Arc Quenching Structure. – AIP Advances, 2019, vol. 9, No. 8, 085104, DOI:10.1063/1.5113853.
6. Li Z., et al. Influence of Chamber Structure on Arc Quenching in Multigap System. – High Voltage, 2020, vol. 5, No. 3, pp. 313–318, DO10.1049/hve.2019.0064.
7. Wu D.,Wang J. Lightning Protection of 10 kV Distribution Lines by Multiple Breakpoints Arc-Extinguishing Lightning Protection Gap. – IEEE Transactions on Plasma Science, 2020, vol. 48, pp. 531–536, DOI: 10.1109/TPS.2020.2965956.
8. Wu D., Ji Z., Wang J. Simulation and Experimental Analysis of Multi-Chamber Arc-Quenching Arresters (MCAA) for 10 kV Transmission Lines. – Energies, 2021, vol. 14, 6185.
9. Ivanov D.V., Podporkin G.V., Frolov V.Ya. Izvestiya NTTS Edinoy energeticheskoy sistemy – in Russ. (Proceedings of the Scientific and Technical Center of the Unified Energy System), 2016, No. 2 (75), pp. 128–133.
10. Frolov V.Y., Ivanov D.V., Belsky R.A. Increasing of Operation Security and of Breaking Capacity of Surge Arresters. – IEEE Сonference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus), 2017, 7910861, pp. 1520–1523, DOI:10.1109/EIConRus.2017.7910861.
11. Vereshchago E.N., Kostyuchenko V.I. Elektrotekhnika – in Russ. (Electrical Engineering), 2014, No. 6, pp. 36–42.
12. Suris A.L. Termodinamika vysokotemperaturnyh protsessov: spravochnik (Thermodynamics of High Temperature Processes: Handbook). М.: Metallurgiya, 1985, 568 p.
13. Boulos M.I., Fauchais P., Pfender E. Thermal Plasmas: Fundamentals and Applications, vol. 1. New York: Plenum Press, 1994, 467 с.
14. Devoto R.S. Transport Properties of Ionized Monatomic Gases. – Physics of Fluids, 1966, vol. 9, No. 6, pp. 1230–1240, DOI: 10.1063/1.1761825.
15. Devoto R.S. Simplified Expressions for the Transport Properties of Ionized Monatomic Gases. – Physics of Fluids, 1967, vol. 10, No. 10, pp. 2105–2112, DOI: 10.1063/1.1762005.
16. Rat V., et al. Treatment of Non-Equilibrium Phenomena in Thermal Plasma Flows. – Journal of Physics D: Appl. Phys, 2008, vol. 41, No. 18, 183001, DOI: 10.1088/0022-3727/41/18/183001.
17. Website of COMSOL Multiphysics. [Electron. resource], URL: https://www.comsol.com (Date of appeal 30.03.2022).
18. Nordborg H., Iordanidis A.A. Self-Consistent Radiation Ba-sed Modelling of Electric Arcs: I. Efficient Radiation Approximations. – Journal of Physics D Applied Physics, 2008, vol. 41, No. 13, 135205, DOI:10.1088/0022-3727/41/13/135205.
19. Mürmann M., et al. Modeling and SImulation of the Current Quenching Behavior of a Line Lightning Protection Device. – Journal of Physics D Applied Physics, 2017, vol. 50, 105203, DOI:10.1088/1361-6463/aa560e.
20. Superkomp'yuternyy tsentr «Politekhnicheskiy» (Supercom-puter Center "Polytechnic") [Electron. resource], URL: https://research.spbstu.ru/skc/? (Date of appeal 30.03.2022)
2. Подпоркин Г.В., Енькин Е.Ю., Пильщиков В.Е. Разработка мультикамерной системы разрядников. – Электричество, 2013, № 1, с. 26–32.
3. Cайт АО «НПО «Стример» [Электрон. ресурс], URL: https://www.streamer.ru (дата обращения 30.03.2022).
4. Guo Z., et al. Three Dimensional Simulation of the Arc Inside an Insulator-Arrester with a Multichamber System. – AIP Advances, 2016, vol. 6, No. 4, 045117, DOI:10.1063/1.4948453.
5. Li Z., et al. Study on Impulse Quenching Based Multichamber Arc Quenching Structure. – AIP Advances, 2019, vol. 9, No. 8, 085104, DOI:10.1063/1.5113853.
6. Li Z., et al. Influence of Chamber Structure on Arc Quenching in Multigap System. – High Voltage, 2020, vol. 5, No. 3, pp. 313–318, DO10.1049/hve.2019.0064.
7. Wu D.,Wang J. Lightning Protection of 10 kV Distribution Lines by Multiple Breakpoints Arc-Extinguishing Lightning Protection Gap. – IEEE Transactions on Plasma Science, 2020, vol. 48, pp. 531–536, DOI: 10.1109/TPS.2020.2965956.
8. Wu D., Ji Z.;Wang J. Simulation and Experimental Analysis of Multi-Chamber Arc-Quenching Arresters (MCAA) for 10 kV Transmission Lines. – Energies, 2021, vol. 14, 6185.
9. Иванов Д.В., Подпоркин Г.В., Фролов В.Я. Моделирование нестационарных плазменных процессов в разрядной камере мультикамерного разрядника для молниезащиты линий электропередачи. – Известия НТЦ Единой энергетической системы, 2016, № 2 (75), с. 128–133.
10. Frolov V.Y., Ivanov D.V., Belsky R.A. Increasing of Operation Security and of Breaking Capacity of Surge Arresters. – IEEE Сonference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus), 2017, 7910861, pp. 1520–1523, DOI:10.1109/EIConRus.2017.7910861.
11. Верещаго Е.Н., Костюченко В.И. Имитационная модель электрической дуги. – Электротехника, 2014, № 6, с. 36–42.
12. Сурис А.Л. Термодинамика высокотемпературных процессов: справочник. М.: Металлургия, 1985, 568 c.
13. Boulos M.I., Fauchais P., Pfender E. Thermal Plasmas: Fundamentals and Applications, vol. 1. New York: Plenum Press, 1994, 467 с.
14. Devoto R.S. Transport Properties of Ionized Monatomic Gases. – Physics of Fluids, 1966, vol. 9, No. 6, pp. 1230–1240, DOI: 10.1063/1.1761825.
15. Devoto R.S. Simplified Expressions for the Transport Properties of Ionized Monatomic Gases. – Physics of Fluids, 1967, vol. 10, No. 10, pp. 2105–2112, DOI: 10.1063/1.1762005.
16. Rat V., et al. Treatment of Non-Equilibrium Phenomena in Thermal Plasma Flows. – Journal of Physics D: Appl. Phys, 2008, vol. 41, No. 18, 183001, DOI: 10.1088/0022-3727/41/18/183001.
17. Сайт COMSOL Multiphysics. [Электрон. ресурс], URL: https://www.comsol.com (дата обращения 30.03.2022).
18. Nordborg H., Iordanidis A.A. Self-Consistent Radiation Based Modelling of Electric Arcs: I. Efficient Radiation Approximations. – Journal of Physics D Applied Physics, 2008, vol. 41, No. 13, 135205, DOI:10.1088/0022-3727/41/13/135205.
19 Mürmann M., et al. Modeling and SImulation of the Current Quenching Behavior of a Line Lightning Protection Device. – Journal of Physics D Applied Physics, 2017, vol. 50, 105203, DOI:10.1088/1361-6463/aa560e.
20. Суперкомпьютерный центр «Политехнический» [Электрон. ресурс], URL: https://research.spbstu.ru/skc/? (дата обращения 30.03.2022).
#
1. Podporkin G.V., et al. Overhead Lines Lightning Protection by Multi-Chamber Arresters and Insulator-Arresters. – IEEE Transactions on Power Delivery, 2011, vol. 26, No. 1, pp. 214–221, DOI:10.1109/TPWRD.2010.2076368.
2. Podporkin G.V., En'kin E.Yu., Pil'shchikov V.E. Elektrichest-vo – in Russ. (Electricity), 2013, No. 1, pp. 26–32.
3. Website of JSC "NPO "Streamer" [Electron. resource], URL: https://www.streamer.ru (Date of appeal 30.03.2022).
4. Guo Z., et al. Three Dimensional Simulation of the Arc Inside an Insulator-Arrester with a Multichamber System. – AIP Advances, 2016, vol. 6, No. 4, 045117, DOI:10.1063/1.4948453.
5. Li Z., et al. Study on Impulse Quenching Based Multichamber Arc Quenching Structure. – AIP Advances, 2019, vol. 9, No. 8, 085104, DOI:10.1063/1.5113853.
6. Li Z., et al. Influence of Chamber Structure on Arc Quenching in Multigap System. – High Voltage, 2020, vol. 5, No. 3, pp. 313–318, DO10.1049/hve.2019.0064.
7. Wu D.,Wang J. Lightning Protection of 10 kV Distribution Lines by Multiple Breakpoints Arc-Extinguishing Lightning Protection Gap. – IEEE Transactions on Plasma Science, 2020, vol. 48, pp. 531–536, DOI: 10.1109/TPS.2020.2965956.
8. Wu D., Ji Z., Wang J. Simulation and Experimental Analysis of Multi-Chamber Arc-Quenching Arresters (MCAA) for 10 kV Transmission Lines. – Energies, 2021, vol. 14, 6185.
9. Ivanov D.V., Podporkin G.V., Frolov V.Ya. Izvestiya NTTS Edinoy energeticheskoy sistemy – in Russ. (Proceedings of the Scientific and Technical Center of the Unified Energy System), 2016, No. 2 (75), pp. 128–133.
10. Frolov V.Y., Ivanov D.V., Belsky R.A. Increasing of Operation Security and of Breaking Capacity of Surge Arresters. – IEEE Сonference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus), 2017, 7910861, pp. 1520–1523, DOI:10.1109/EIConRus.2017.7910861.
11. Vereshchago E.N., Kostyuchenko V.I. Elektrotekhnika – in Russ. (Electrical Engineering), 2014, No. 6, pp. 36–42.
12. Suris A.L. Termodinamika vysokotemperaturnyh protsessov: spravochnik (Thermodynamics of High Temperature Processes: Handbook). М.: Metallurgiya, 1985, 568 p.
13. Boulos M.I., Fauchais P., Pfender E. Thermal Plasmas: Fundamentals and Applications, vol. 1. New York: Plenum Press, 1994, 467 с.
14. Devoto R.S. Transport Properties of Ionized Monatomic Gases. – Physics of Fluids, 1966, vol. 9, No. 6, pp. 1230–1240, DOI: 10.1063/1.1761825.
15. Devoto R.S. Simplified Expressions for the Transport Properties of Ionized Monatomic Gases. – Physics of Fluids, 1967, vol. 10, No. 10, pp. 2105–2112, DOI: 10.1063/1.1762005.
16. Rat V., et al. Treatment of Non-Equilibrium Phenomena in Thermal Plasma Flows. – Journal of Physics D: Appl. Phys, 2008, vol. 41, No. 18, 183001, DOI: 10.1088/0022-3727/41/18/183001.
17. Website of COMSOL Multiphysics. [Electron. resource], URL: https://www.comsol.com (Date of appeal 30.03.2022).
18. Nordborg H., Iordanidis A.A. Self-Consistent Radiation Ba-sed Modelling of Electric Arcs: I. Efficient Radiation Approximations. – Journal of Physics D Applied Physics, 2008, vol. 41, No. 13, 135205, DOI:10.1088/0022-3727/41/13/135205.
19. Mürmann M., et al. Modeling and SImulation of the Current Quenching Behavior of a Line Lightning Protection Device. – Journal of Physics D Applied Physics, 2017, vol. 50, 105203, DOI:10.1088/1361-6463/aa560e.
20. Superkomp'yuternyy tsentr «Politekhnicheskiy» (Supercom-puter Center "Polytechnic") [Electron. resource], URL: https://research.spbstu.ru/skc/? (Date of appeal 30.03.2022)
