| DZIEKAN i RADA WYDZIAŁU ELEKTROTECHNIKI, AUTOMATYKI, INFORMATYKI i INŻYNIERII BIOMEDYCZNEJ AKADEMII GÓRNICZO-HUTNICZEJ im. ST. STASZICA W KRAKOWIE | |
|---|---|
| zapraszają na publiczną dyskusję nad rozprawą doktorską mgra inż. Piotra Oramusa |
|
| BADANIA NAD OGRANICZENIEM ŁUKU ELEKTRYCZNEGO W ŁĄCZNIKACH ELEKTROENERGETYCZNYCH NISKIEGO NAPIĘCIA | |
| Termin: | 30 października 2017 roku o godz. 11:00 |
| Miejsce: | pawilon B-1, sala 4 Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków |
| PROMOTOR: | Dr hab. inż. Marek Florkowski – Centrum Badawcze ABB w Krakowie |
| RECENZENCI: | Prof. dr hab. inż. Jacek Wańkowicz – Instytut Energetyki w Warszawie |
| Prof. dr hab. inż. Janusz Fleszyński – Politechnika Wrocławska | |
| Z rozprawą doktorską i opiniami recenzentów można się zapoznać w Czytelni Biblioteki Głównej AGH, al. Mickiewicza 30 |
|
Badania nad ograniczeniem łuku elektrycznego w łącznikach elektroenergetycznych niskiego napięcia
mgr inż. Piotr Oramus
Promotor: Dr hab. inż. Marek Florkowski
Dyscyplina: Elektrotechnika
Problematyka pracy doktorskiej dotyczy zagadnień ograniczania łuku elektrycznego w łącznikach elektroenergetycznych wykorzystując elementy półprzewodnikowe. Jest to aktualny problem naukowy
w projektowaniu układów łączeniowych nowej generacji o zwiększonej niezawodności.
W pierwszej części przedstawiono podstawy teoretyczne mechanizmu powstawania łuku elektrycznego oraz tworzenia się erozji łukowej w łącznikach niskiego napięcia. Następnie zaprezentowano metody ograniczania energii łuku wraz z przykładami badań przeprowadzonych w tej dziedzinie. W dalszej części pracy, przedstawiono wyniki badań przeprowadzonych przez autora nad ograniczaniem energii łuku w zaprojektowanym i wykonanym układzie pomiarowym.
Dla realizacji celu pracy wykonano program badań eksperymentalnych obejmujący długoczasowe cykle oddziaływania łuku elektrycznego na materiał stykowy łączników dla wybranej metody wspomagającej gaszenie łuku elektrycznego. Dokonano porównania efektywności metod pasywnych oraz metody hybrydowej z zastosowaniem elementów energoelektronicznych ograniczania łuku elektrycznego, przeprowadzono analizę energii łuku dla rozpatrywanych topologii oraz badania morfologiczne powierzchni stykowych. Pomiary ograniczania energii łuku elektrycznego dla różnych metod ograniczających energie wykonano w indukcyjnym obwodzie prądu przemiennego, w celu porównania ich skuteczności dla dwóch różnych napięć zasilających obwód (12 V oraz 230 V). Badania prowadzone były dla następujących konfiguracji: łączenie synchroniczne z precyzyjnie określoną chwilą separacji styków badanego stycznika, dołączanie pasywnych elementów RC oraz nieliniowych elementów napięciowych równolegle do stycznika oraz równolegle dołączanie aktywnych elementów półprzewodnikowych. Zaprezentowano wyniki badań materiałowych dla ograniczania erozji łukowej. Przedstawiono propozycję konfiguracji łączenia hybrydowego, które zostało zidentyfikowane jako metoda dająca najlepsze efekty dla ograniczania energii łuku w rozpatrywanym układzie.
Do oceny skuteczności ograniczania łuku w łączniku wykorzystano zmierzone czasy łukowe oraz obliczone energie łuku elektrycznego dla rozpatrywanych metod. Przeprowadzono także rejestrację dynamiczną układu stykowego badanego stycznika z użyciem szybkiej kamery. W badaniach erozji łukowej wykorzystano styczniki, które wykonały kilkaset tysięcy operacji łączeniowych. W celu oceny stopnia erozji powierzchni badanych styków wykorzystano mikroskop optyczny, profilometr, oraz metodę skaningowej mikroskopii elektronowej sprzężoną z mikroanalizą pozwalającą na identyfikację (powierzchniową i objętościową) pierwiastków chemicznych wchodzących w skład badanego materiału.
Stwierdzono, że zastosowanie elementów pasywnych do ograniczania energii łuku daje różne rezultaty zależne od parametrów rozpatrywanego obwodu. Z tego powodu zastosowanie pasywnych elementów do ograniczania energii łuku powinno być analizowane w indywidualny sposób dla każdego obwodu, w którym istnieje konieczność ograniczania energii łuku. Zastosowanie łączenia synchronicznego daje dobre rezultaty dla ograniczania energii łuku, jednak z praktycznego punktu widzenia powtarzalność uzyskanych efektów może zależeć od czynników zewnętrznych (np. warunków środowiskowych), w których stycznik pracuje.
Efektem pracy uzyskanym w oparciu o program wykonanych badań eksperymentalnych oraz analizy morfologiczne powierzchni materiałów stykowych i analizę energii łuku oraz przebiegów czasowych, jest propozycja układu łącznika hybrydowego, zawierającego programowalny moduł sterujący elementami półprzewodnikowymi.
W pracy wykazano, że łączenie hybrydowe pozwala skutecznie ograniczyć energię łuku niezależnie od parametrów obwodu, dlatego też metoda ta została wybrana do dalszych badań nad ograniczaniem erozji łukowej. Wyniki przeprowadzonych badań pozwalają stwierdzić, że zastosowanie łączenia hybrydowego skutecznie ogranicza erozję łukową. Zostało to potwierdzone zarówno podczas obserwacji mikroskopowych powierzchni styków, jak również w toku analiz profilów chropowatości oraz analiz składu chemicznego zewnętrznych warstw badanych powierzchni styków.
Wyniki pracy mogą zostać wykorzystane w projektowaniu nowych generacji łączników hybrydowych niskiego napięcia oraz w badaniach naukowych.
Pełna wersja autoreferatu: PO_autoreferat.pdf
Pełna wersja pracy doktorskiej: PO_rozprawa.pdf