Розв'язано актуальну науково-практичну задачу підвищення ефективності захисту обладнання від струмів короткого замикання і покращання техніко-економічних показників вакуумних вимикачів середньої напруги. Розроблено математичну модель вимикання струмів симетричного трифазного короткого замикання вакуумним вимикачем середньої напруги. Розроблено рекомендації щодо розрахунку лінійних розмірів магнітопроводу електромагнітного приводу з однопозиційною магнітною защіпкою.

Разработана технология контактной сварки на воздухе и в защитном газе гибких медных шин с приваренными на контактных площадках серебряными пластинами применительно к изготовлению гибких связей для высоковольтных вакуумных переключателей. Установлено, что при определенном термодеформационном цикле возможно получение качественного сварного соединения пакета медно-серебряной фольги. Изучен механизм деформации пакета и формирования сварного соединения. Изготовлены экспериментальная установка и блок управления процессом сварки.

Исследованы процессы, которые определяют механические напряжения в приводном вале вакуумного выключателя в статическом и динамическом режимах работы. Показано, что механическая деформация вала вызывает уменьшение провала контактов на величину до 30 % и сил контактного нажатия на (10 - 11) %, эти значения не критичны и мало влияют на работу выключателя. Получены значения сил, действующих на опоры вала. Показано, что динамические усилия в опорах на (19 - 38) % больше статических. Полученные значения усилий позволяют выбрать материал вала и подшипники.

Запропоновано метод діагностування електромагнітного приводу вакуумного вимикача. Досліджено, що існує стійка тенденція до підвищення кількості порушень електропостачання відповідальних енергетичних об'єктів, що призводить до негативних наслідків. Більшість електроустаткування в електроенергетичних системах потребує ремонту або заміни. Застарілі масляні вимикачі масово замінюють на вакуумні. Вакуумні вимикачі мають низку переваг серед інших типів комутаційного обладнання. Більшість вакуумних вимикачів обладнані електромагнітними приводами. Некоректна робота електромагнітного привода призводить до відмови вакуумного вимикача. Запропонований метод дозволяє визначити технічний стан електромагнітного приводу вакуумного вимикача. Суть методу полягає у вимірюванні "еталонної" кривої магнітної характеристики після введення нового вимикача в експлуатацію або після його капітального ремонту та порівняння цієї кривої з виміряними магнітними характеристиками в процесі його подальшої експлуатації. В процесі експлуатації змінюється форма вебер-амперних характеристик обмоток електромагнітного приводу вакуумного вимикача. Контроль відхилення від "еталонної" характеристики дозволяє оцінити поточний стан електромагніту та ступінь його зносу. Проведено експеримент з імітацією несправності вакуумного вимикача, за результатами якого за запропонованим методом можна визначати коефіцієнт відхилення вебер-амперних характеристик, за яким оцінюється технічний стан електромагніту та приводу вакуумного вимикача в цілому. Наведено результати вимірювання кривих струму, напруги та розрахованих вебер-амперних характеристик для обмоток увімкнення/вимкнення електромагніту вимикача. Визначено коефіцієнти відхилення для обмоток увімкнення/вимкнення, використовуючи імітацію несправності вакуумного вимикача.

Запропоновано мікропроцесорний пристрій для діагностування електромагнітного привода вакуумного вимикача. Встановлено, що від технічного стану електромагнітного привода залежить надійна робота вакуумного вимикача. Мікропроцесорні пристрої діагностування дозволяють контролювати якість виготовлених електромагнітних приводів на етапі вихідного контролю заводу-виробника та в процесі їх експлуатації у виробництві. На основі математичної моделі, якою передбачається вимірювання "еталонної" кривої магнітної характеристики після введення нового вимикача в експлуатацію або після його капітального ремонту та порівняння цієї кривої з виміряними магнітними характеристиками в процесі його подальшої експлуатації. В процесі експлуатації змінюється форма вебер-амперних характеристик обмоток електромагнітного привода вакуумного вимикача. Контроль відхилення від "еталонної" характеристики дозволяє оцінити поточний стан електромагніта та ступінь його зносу. Розроблено структурну схему мікропроцесорного пристрою системи діагностування електромагнітного привода вакуумного вимикача. Мікропроцесорний пристрій функціонує відповідно до розробленої математичної моделі. Основними компонентами пристрою є мікроконтролер AT32UC3L032, блоки комутації, сенсори струму та напруги. Мікроконтролер AT32UC3L032 є оптимальним варіантом за собівартістю та технічними характеристиками (низьке електроспоживання, висока щільність коду і висока продуктивність). Розроблено алгоритм функціонування пристрою діагностування, та його апаратну частину, необхідну для побудови системи діагностування. Робота пристрою передбачає визначення технічного стану привода, індикацію результату діагностування та передачу через інтерфейс перетворювача інформації про поточний стан електромагнітного привода з мікроконтролера в комп'ютер оперативного персоналу.

Розглянуто проблеми створення мультифізичних моделей, що використовуються при дослідженні та проектуванні вакуумних вимикачів середньої напруги. Вперше розроблено модель динаміки поляризованого бістабільного актуатора з постійними магнітами, яка базується на розрахунках нестаціонарного електромагнітного поля в нелінійному неоднорідному середовищі, що проводить електричний струм і містить постійні магніти з урахуванням руху частин актуатора у взаємодії з нелінійними рівняннями електричного кола та руху. Розраховано параметри форсованого підключення актуаторів, надано рекомендації щодо конструкції та параметрів актуаторів. Розроблено мультифізичні моделі дослідження впливу параметрів актуаторів на статичні та динамічні механічні напруження в сильфоні вакуумної камери. Одержано рекомендації з вибору оптимальної конструкції сильфона та його довговічності, розраховано його втомну витривалість. Розроблено модель впливу параметрів актуаторів на динамічні механічні напруження в контактній системі та механізмі вимикача, що базується на теорії пружності. Розраховано геометрію приводного вала, обрано його матеріал і підшипники. Вперше розроблено мультифізичні моделі, що дозволяють визначити вплив динамічних характеристик актуатора на здатність вимикача до вмикання аварійного надструму: визначено динаміку зіткнення та час вібрації контактів; розв'язано теплову задачу Стефана з урахуванням теплоти фазових переходів і визначено можливу силу зварювання контактів; надано рекомендації щодо зниження швидкості зіткнення контактів за рахунок застосування рідинного демпфера, засновані на рівняннях Нав'є - Стокса та динаміки руху актуатора; розроблено модель нагріву та деформації контактної поверхні і на її основі надано рекомендації щодо розрахунків необхідної сили контактного натискання та геометрії контактів за умов термічної стійкості. Досліджено та проаналізовано оригінальні моделі схем підключення котушок актуатора до різних джерел електричної енергії, надано рекомендації щодо їх практичної реалізації. Результати дослідження перевірено на макетах, дослідних зразках, які підтвердили одержані рекомендації та висновки і використовувались при розробці вакуумних вимикачів. Впровадження основних наукових і практичних результатів роботи відображено: в договірній роботі з TOB "АВМ Ампер" договір № 33 / 98-12 між НТУ "ХПІ" та ТОВ "АВМ Ампер", "Вплив параметрів бістабільного поляризованого актуатора вакуумного вимикача на його здатність до вмикання", м. Кременчук; у науково-дослідній і дослідно-конструкторській роботі, виконаній на замовлення ТОВ НВП "Укренергокомплекс-2", "Бістабільні актуатори в установках контролю і розподілу потоків рідини", м. Харків; у навчальному процесі. Додано акти впровадження.

Розглянуто застосування вакуумних вимикачів та роль контактної системи у роботі вакуумної комутаційної техніки. Комп'ютерна модель побудована відповідно до математичної моделі виявлення зносу контактної системи вакуумного вимикача. Отримана модель дозволяє імітувати ввімкнення та вимкнення вакуумного вимикача та аналізувати процеси, що проходять під час його комутації. Окремо представлено опис для процесів ввімкнення та вимкнення контактної системи вимикача. При замиканні силових контактів вимикача розраховується загальна електродинамічна сила відкиду контактів по кожному із полюсів контактної системи. Електродинамічна сила відкиду розраховується за допомогою математичної моделі горіння дуги Майра. Модель дуги представлена для кожного полюсу вимикача окремо. При ввімкненні знос силових контактів визначається на основі порівняння діючого тягового зусилля ввімкнення із загальною електродинамічною силою відкиду по усіх полюсах контактної системи. При досягненні різниці діючої сили тяги та загального електродинамічного зусилля протидії порогового значення, комп'ютерна модель сигналізує про знос контактної системи. При вимкненні знос силових контактів визначається на основі порівняння діючого приводного тягового зусилля вимкнення із мінімально допустимим тяговим зусиллям для процесу вимкнення вакуумного вимикача. При досягненні різниці діючої сили тяги та мінімально допустимого тягового зусилля розмикання порогового значення, комп'ютерна модель сигналізує про знос контактної системи. Розрахунок рівнянь математичної моделі та візуалізація отриманих результатів виконана в середовищі MATLAB/Simulink. Комп'ютерна модель дозволяє імітувати ввімкнення/вимкнення вакуумного вимикача при різних струмах, змінювати технічні параметри контактної системи та інформувати про зношення контактної системи. Результати розробленої комп'ютерної моделі можуть бути використані у задачах діагностування технічного стану контактних систем вакуумних вимикачів.