冲击电弧作用下C_(4)F_(7)N/CO_(2)气体灭弧性能仿真分析

C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体是目前最有潜力替代SF 6的气体之一。为了探讨C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的灭弧能力,文中根据电弧能量平衡理论,建立电弧能量平衡方程组,获取管道内部超压随时间的变化规律。同时,基于磁流体动力学模型,使用COMSOL Multiphysics软件建立压爆气流防雷间隙灭弧结构的二维磁流体模型,在雷电流幅值为4 kA的条件下,对管道内不同比例C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体在冲击电弧作用下的熄弧特性进行仿真分析。基于上述方法,结合电弧能量平衡理论,分析模型中电导率、速度以及压强的变化规律。与理论结果对比分析得出:同一工况条件下,20%C_(4)F_(7)N/80%CO_(2)的灭弧性能较优,其次为10%C_(4)F_(7)N/90%CO_(2)与5%C_(4)F_(7)N/95%CO_(2),并且熄弧时间符合气吹灭弧的要求。

环境友好型HFO-1336mzz(E)混合气体在负荷开关中的灭弧性能仿真研究

为了减少SF_(6)在电力设备中使用量,研究了环境友好型SF_(6)替代气体HFO-1336mzz(E)气体作为灭弧介质在12 kV负荷开关中的应用可行性,建立了2维磁流体动力学仿真模型,在压气式负荷开关结构下进行负荷电流开断过程仿真,对比了0.12 MPa下30%HFO-1336mzz(E)/CO_(2)、30%HFO-1336mzz(E)/干燥空气混合气体与0.1 MPa下SF_(6)气体燃弧过程中的电弧电压、灭弧室内温度场、气流场分布以及弧后热击穿特性。研究表明,HFO-1336mzz(E)混合气体熄弧尖峰略大于SF_(6),且电弧在轴向上扩散速率大于SF_(6)。电流快过零时,混合气体的电弧温度比SF_(6)低1400 K。通过弧后热击穿评估,30%HFO-1336mzz(E)/CO_(2)、30%HFO-1336mzz(E)/干燥空气混合气体的热开断能力分别可以达到SF_(6)的95%和96%。研究结果可为HFO-1336mzz(E)混合气体作为灭弧介质在中压开关设备中的应用提供参考。

SF_6替代气体灭弧性能的研究进展综述

综述了德国ABB和亚琛工业大学,日本东芝、名古屋大学、东京电机大学,韩国晓星以及西安交通大学等国内外研究机构在SF6替代气体灭弧性能方面的研究现状,可以看出,近年来国内外在这一领域的研究逐步深入,不断地为新型高压电器的研发提供理论依据和技术支持。

引弧板对桥式双断点断路器灭弧性能的影响

合理的引弧板设计可以大幅度提升限流型断路器的开断性能。为此,针对桥式双断点断路器,对比分析了U形槽引弧板的U形槽位置和大小等对灭弧性能的影响。首先,设计了一个带卡住机构的桥式双断点断路器可拆式灭弧室样机,并通过3维有限元电磁仿真和多体动力学分析验证了样机的可行性。然后利用设计的实验样机,通过对比开断波形和开断特性参数,重点研究了3种不同引弧板结构对灭弧性能的影响。研究结果表明:在引弧板上增加U形槽可以增大动导电杆的电动斥力,且较大的U形槽作用更加明显;U形槽的引弧板有利于电弧拉长及进入栅片,增加U形槽后,电弧电压峰值提高了15 V,但是U形槽嵌入栅片容易造成弧根进入栅片后又重新转移到动导电杆上,不利于电弧在栅片中稳定燃烧。研究结果可为断路器的设计提供参考。

栅片灭弧室电场的计算及其对灭弧性能的影响

用有限元法计算了小容量接触器灭弧室内部三维电场的分布，分析了不同的栅片放置方式对电场分布的影响，并通过试验研究了电场对电弧重燃的影响程度．分析和试验表明：将灭弧栅片竖直放置，触头灭弧区域电场分布最均匀；在弧后恢复电压电场作用下，电弧重燃率最低。

c-C_4F_8及其混合气体的灭弧性能

六氟化硫(SF6)气体以其优良的绝缘和灭弧性能广泛应用于各种高压电力设备中,但它也是一种对环境有很大危害的高温室效应气体,因此迫切需要寻找新的低温室效应的、环境友好的气体替代SF6.研制了灭弧试验装置,对温室效应值较低的c-C4F8气体及其混合气体进行了灭弧试验,利用麦也尔电弧模型得到了电弧时间常数和散出能量常数,并分析了其灭弧性能.结果表明,c-C4F8气体在电力设备中具有一定的应用研究价值.

永磁磁场对开关电器灭弧性能影响的研究

在分析开关电器直流电弧熄灭原理的基础上 ,在触头弧隙加装不同规格的永磁体 ,通过不同结构永磁磁场对灭弧性能影响的分析及试验研究结果表明 ,在开关电器弧隙中加装永磁体后 ,永磁产生的磁场可提高灭弧能力 ,缩短燃弧时间。

C_(4)F_(7)N混合气体在40.5kV断路器中的应用研究(一):燃弧特性仿真与灭弧性能评估

C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体是目前最具潜力的SF6替代气体,进一步研究其灭弧性能对研发新一代环保型气体开关设备意义重大。该系列论文围绕C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体在40.5kV自能式断路器中的应用开展研究。系列论文(一)在获得气体物性参数的基础上,建立SF6、5%C_(4)F_(7)N/CO_(2)及6%与20%O_(2)含量下5%C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体在开断31.5kA短路电流过程中的磁流体动力学电弧模型,通过仿真计算得到不同灭弧介质的电弧温度、灭弧室内气压和气流场分布等特性;分析氧气含量对混合气体开断性能的影响规律,最终根据Mayr电弧模型对不同介质的弧后热开断性能进行定量评估。研究表明:C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体电弧在径向方向扩散速度不如SF6,对膨胀室的加热效果弱于SF6,气吹灭弧效果不明显;5%C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的热开断性能约为SF6的31.3%;加入O_(2)可以提升电弧对膨胀室的加热效果,从而提升混合气体的灭弧性能。但是,在现有断路器结构下,C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体灭弧性能仍与SF6有一定差距。

基于一维电弧模型的SF_(6)混合气体灭弧性能评价

SF_(6)混合气体是广受关注的SF_(6)替代气体方案之一。为定量评估SF_(6)混合气体的灭弧性能,文中采用一维衰减电弧模型和玻尔兹曼方程相结合的方法,将电弧熄灭过程划分为热恢复阶段、弧前介质恢复阶段和弧后介质恢复阶段,分别引入热恢复率、弧前介质恢复率和弧后介质恢复率作为各阶段的评价参数,并计算三者的调和平均数作为综合评价参数,以此来评估SF_(6)-N_(2)、SF_(6)-CO_(2)、SF_(6)-CF_(4)以及SF_(6)-Air混合气体的灭弧性能。基于上述方法,文中初步探讨SF_(6)含量、背景气体种类和压强大小对SF_(6)混合气体灭弧性能的影响。结果表明,随着SF_(6)含量的减少,混合气体的灭弧性能整体上呈现下降趋势;当SF_(6)含量为10%~50%时,4种混合气体中SF_(6)-N_(2)的灭弧性能最优,其次分别为SF_(6)-Air、SF_(6)-CO_(2)和SF_(6)-CF_(4)。

高压喷射式熔断器灭弧性能的试验研究

根据在研制RW11系列熔断器的过程中所进行的大量试验研究的结果,介了绍影响高压喷射式熔断器灭弧性能的若干因素,同时对IEC282—2《喷射式及类似熔断器》标准中有关开断试验的规定提出了建议。

大容量交流接触器灭弧性能的试验研究

通过试验波形图和高速摄影的方法研究了不同灭弧室结构对大容量交流接触器灭弧性能的影响。研究结果表明,导弧片的布置和引弧片的形状以及灭弧栅片与引弧片之间的位置关系都会对交流接触器的灭弧性能起到至关重要的作用。同时该试验方法能够缩短交流接触器的研发周期,降低研发成本。

如何提高SF_6高压断路器灭弧性能

高压断路器应具有相当完善的灭弧装置，要有足够的开断能力和灭弧能力．尽可能短的动作时间和很高的工作可靠性。高压断路器工作的可靠性，对于保证电力系统的安全运行，具有极其重要的意义。

C4-PFN-CO_(2)混合气体在145 kV隔离开关结构下的灭弧性能研究

为了验证C4-PFN气体在145 kV隔离开关中的灭弧能力以及应用前景,选取了C4-PFN-CO_(2)混合气体作为介质进行开断实验。先对C4-PFN气体的饱和蒸气压特性进行了研究,得到了在-25℃液化温度限制下C4-PFN-CO_(2)混合气体的最佳混合比例。在-25℃温度下C4-PFN-CO_(2)混合气体中C4-PFN的最大比例为5.8%。实验发现,在0.6 MPa情况下,C4-PFN-CO_(2)混合气体的弧压相对SF_(6)低,且电弧能量注入量也小,说明SF_(6)的能量耗散速率更高,且灭弧能力更优良。提高压力至0.7 MPa时C4-PFN-CO_(2)混合气体的弧压与0.6 MPa下的SF_(6)很接近,且起弧时也出现电压尖峰,说明气压升高明显提升了混合气体的能量耗散速率,提高了灭弧性能。从燃弧时间分散性上看,气压提升也降低了分散性,对于提高开断过程的电弧稳定性有重要意义。

10kV真空断路器灭弧性能的检测方法

介绍了真空断路器的真空灭弧室击穿原因和检测方法。通过实际检测操作表明，该法较常用方法简单直观，可定性定量评判真空灭弧室性能。且对击穿的预测具有一定的实际意义。

基于操动机构配合公差的断路器灭弧性能研究

针对操动机构配合公差对高压断路器灭弧室灭弧性能的影响,建立了操动机构和灭弧室联合仿真模型.通过对比联合仿真计算结果与工程试验所得数据,验证了联合仿真模型的准确性与适用性.研究结果表明:操动机构系统的配合公差等级与配合数量对灭弧室灭弧性能影响较大,配合公差等级对灭弧室灭弧性能的影响主要体现在灭弧室关键部位气体压力变化的滞后性,滞后时间最长为0.002s;考虑不同公差配合数量时,灭弧室关键部位气体速度幅值变化较大;通过选择合适的配合等级与配合数量能够提升灭弧室灭弧性能.

磁流体仿真与正交试验融合设计的灭弧室性能优化方法

低压断路器开断过程产生的电弧是影响其开断性能的重要因素,研究并优化低压断路器灭弧性能是提高其品质的关键。该文提出一种磁流体仿真与正交试验融合设计的灭弧性能优化新方法。建立了基于磁流体理论的电弧等离子体模型,研究了跑弧道形状、灭弧栅片数量、横向磁场、灭弧室压力等对灭弧性能的影响,得出优化因素组合及变量范围。在此基础上,建立了多维电弧参量测试系统,将磁流体仿真与正交试验进行融合,分别设计了四因素三水平、四因素四水平正交试验,融合后获得五个因素对灭弧性能影响强弱的排序为:灭弧室压力、横向磁场、跑弧道形状、栅片数及触头材料。最后结果表明,灭弧室压力、横向磁场、跑弧道弧度、触头Agcd比例变大均能减小电弧转移时间,栅片为7片时电弧转移效果最好。

自能式分段灭弧系统(MGS)灭弧性能研究

自能式分段灭弧系统（MGS）是一种具有多间隙、多拐点的新型纵吹灭弧装置,主要适用于35 kV电压等级以下的输电线路。为研究其灭弧性能,建立了电弧磁流体动力模型,并利用有限元分析软件Fluent对温度场进行仿真,得出气流与电弧在不同参数下的交换状况,并且给出温度场分布和不同监视区域的温度变化曲线,证明工频电弧在发展最初期即受到了强烈抑制。为了确定此系统的续流猝灭效率以及仿真的准确性,对MGS进行灭弧性能试验,试验结果表明：电弧电压没有削减为零,还有残压存在,电弧在300μs左右产生剧烈的电压降,能量分段的工频暂态电弧受纵吹气流作用在大约900μs后缓慢衰减完毕,重燃率基本为零,由此证明仿真结果的正确性和这种灭弧方式的有效性和可靠性。表明MGS对电弧存在强烈的抑制作用,避免发展完全的电弧对绝缘设备的损害。

论高压真空灭弧室和真空断路器的产品开发

介绍了真空断路器的简史,真空断路器与SF6断路器的对比,以及我国开发126kV高压真空断路器的途径。

交流接触器灭弧系统的仿真分析与试验研究

通过对两种不同产品交流接触器灭弧系统的ANSYS仿真和试验研究,比较了栅片灭弧室和U型片灭弧室的性能优劣。仿真分析和试验结果都表明,金属栅片灭弧室的灭弧性能优于U型片灭弧室。

不同因素对气吹式塑壳断路器开断电弧运动影响的实验研究

设计了用于研究气吹式塑壳断路器开断电弧运动情况影响因素的实验模型。利用具有自聚焦透镜及图形组态功能的二维光纤快速测试系统测取了不同情况下开断10kA预期电流时的电弧电流、电弧电压、灭弧室气压波形,以及开断过程的电弧运动图景。对比研究了灭弧室上下方气体阻尼、栅片结构及产气材料等因素对气吹灭弧性能的影响情况。结果表明,尽可能封闭灭弧室下方出气口,采用短栅片结构和POM与尼龙产气材料均有利于电弧进入灭弧室。