Modeling the DC Circuit Disconnection by a Circuit Breaker
Abstract
The article describes the development of a mathematical model for simulating the disconnection of DC circuits in the absence of experimental data for studying the dynamics of transients. The stages of the circuit disconnection process by a circuit breaker are given, and it is noted that the voltage across the arc has an effect on the process pattern. In carrying out the simulation, the averaged dependence of the arc voltage obtained from the waveforms of clearing a short-circuit fault by a circuit breaker is used. The possibility of describing the circuit disconnection process by the Duhamel integral is shown, where the current is the system response to the disturbance in the form of an arc voltage having a complex waveform. As a result, an expression in general form is obtained, using which it is possible to calculate the entire transient of disconnecting the circuit by a circuit breaker for any waveforms of opposite voltages across the arc and with various methods of approximating them at each time interval considered. The article also gives an example of calculating the short-circuit current cleared by a high-speed circuit breaker of the KVR series, with a piecewise linear approximation of its dependence on the arc voltage, which makes it possible to assess the mathematical model adequacy.
References
2. Пупынин В.Н. Защита и отключение тяговых сетей в аварийных режимах: дис. ... докт. техн. наук. М., 1986, 411 с.
3. Шульга Р.Н. Моделирование и испытательные схемы выключателей постоянного тока для многоподстанционных сетей постоянного тока. – Электричество, 2017, № 11, с. 30–35.
4. Шульга Р.Н., Иванов В.П. Выключатели постоянного тока для многоподстанционных сетей постоянного тока. – Электричество, 2018, № 12, с. 30–33.
5. Радченко Б.Д. Расчёт процесса отключения цепи постоянного тока коммутационным аппаратом. – Вестник ВНИЖТ, 1971, № 2, с. 5–9.
6. Бей Ю.М. и др. Тяговые подстанции. М.: Транспорт, 1986, 319 с.
7. Буткевич Г.В. Дуговые процессы при коммутации электрических цепей. М.: Энергия, 1973, 263 с.
8. Таев И.С. Электрические аппараты: Общая теория. М.: Энергия, 1977, 272 с.
9. Аксютин В.А. Специальные методы расчета переходных процессов в линейных электрических цепях. Новосибирск: НГТУ, 2020, 79 с.
10. Пинскер А.П., Тимофеев В.А. Методы расчета негармонических процессов в линейных электрических цепях: Операторный метод, метод интеграла Дюамеля, частотные методы. М.: Б.и., 1959, 107 с.
11. Гинзбург С.Г. Методы решения задач по переходным процессам в электрических цепях. М.: Высшая школа, 1967, 387 с.
12. Татур Т.А., Татур В.Е. Установившиеся и переходные процессы в электрических цепях. М.: Высшая школа, 2001, 407 с.
13. Новгородцев А.Б. Теоретические основы электротехники: 30 лекций по теории электрических цепей. СПб.: Питер, 2006, 575 с.
14. Зевеке Г.В. и др. Основы теории цепей. М.: Энергоатомиздат, 1989, 527 с.
15. Выключатели автоматические быстродействующие КВР. Руководство по эксплуатации СЛГР05.00.000.00 РЭ. СПб.: ООО «Коммутация», 2023, 46 с.
#
1. Pupynin V.N., Darchiev S.H. Zheleznye dorogi mira – in Russ. (Railways of the World), 2006, No. 5, pp. 64–71.
2. Pupynin V.N. Zashchita i otklyuchenie tyagovyh setey v avariynyh rezhimah: dis. ... dokt. tekhn. nauk (Protection and Disconnection of Traction Networks in Emergency Modes: dis. ... Dr. Sci. (Eng.). М., 1986, 411 p.
3. Shul'ga R.N. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2017, No. 11, pp. 30–35.
4. Shul'ga R.N., Ivanov V.P. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2018, No. 12, pp. 30–33.
5. Radchenko B.D. Vestnik VNIIZHT – in Russ. (Russian Railway Science Journal), 1971, No. 2, pp. 5–9.
6. Bey Yu.М. et al. Tyagovye podstantsii (Traction substations). M.: Transport, 1986, 319 p.
7. Butkevich G.V. Dugovye protsessy pri kommutatsii elektricheskih tsepey (Arc Processes in the Switching of Electrical Circuits). М.: Energiya, 1973, 263 p.
8. Taev I.S. Elektricheskie apparaty: Obshchaya teoriya (Electrical Devices: General Theory). M.: Energiya, 1977, 272 p.
9. Aksyutin V.А. Spetsial'nye metody rascheta perekhodnyh protsessov v lineynyh elektricheskih tsepyah (Special Methods for Calculating Transients in Linear Electrical Circuits). Novosibirsk: NGTU, 2020, 79 p.
10. Pinsker A.P., Timofeev V.А. Metody rascheta negarmoni-cheskih protsessov v lineynyh elektricheskih tsepyah: Operatornyy metod, metod integrala Dyuamelya, chastotnye metody (Methods for Calculating Inharmonic Processes in Linear Electrical Circuits: Operator Method, Duhamel Integral Method, Frequency Methods). М.: B.i., 1959, 107 p.
11. Ginzburg S.G. Metody resheniya zadach po perekhodnym protsessam v elektricheskih tsepyah (Methods for Solving Problems on Transients in Electrical Circuits). М.: Vysshaya shkola, 1967, 387 p.
12. Tatur T.A., Tatur V.E. Ustanovivshiesya i perekhodnye pro-tsessy v elektricheskih tsepyah (Steady-State and Transient Processes in Electrical Circuits). M.: Vysshaya shkola, 2001, 407 p.
13. Novgorodtsev A.B. Teoreticheskie osnovy elektrotekhniki: 30 lektsiy po teorii elektricheskih tsepey (Theoretical Foundations of Electrical Engineering: 30 Lectures on the Theory of Electrical Circuits). SPb.: Piter, 2006, 575 p.
14. Zeveke G.V. et al. Osnovy teorii tsepey (Fundamentals of the Theory of Circuits). M.: Energoatomizdat, 1989, 527 p.
15. Vyklyuchateli avtomaticheskie bystrodeystvuyushchie KVR. Rukovodstvo po ekspluatatsii. (Circuit Breakers Automatic High-Speed KVR. Operating Manual) СLGR05.00.000.00 RE. SPb.: ООО «Kommutatsiya», 2023, 46 p
