磁收缩效应型液态金属限流器起弧特性研究

基于磁收缩效应的液态金属限流器具有体积小、结构简单、自检测故障和自恢复的优点,在未来中低压系统中具有良好的应用前景。采用高速摄影技术对液态金属收缩动态过程进行观测,并对其弧前时间进行测量,通过所建立的仿真模型对该物理过程进行分析研究。采用以上方法对不同因素下的液态金属起弧特性进行了全面研究,包括初始自由液面高度、隔板通孔孔壁粗糙程度及预期电流上升率等关键因素。研究结果表明:液态金属磁收缩过程往往同时包括源于液面凹陷的收缩及通孔液柱直接收缩两个过程。通过研究获得了两个过程的规律及影响,为未来限流器结构设计与性能优化提供依据。

镓铟锡液态金属磁收缩机理研究

液态金属磁收缩机理是研究限流器起弧机制及动作特性的关键问题,文中通过实验研究首次发现并获得了限流器中液态金属的磁收缩特征规律。为了研究镓铟锡液态金属磁收缩行为特性,设计了带有透明观察窗的单隔板实验装置,采用LC振荡回路模拟短路电流,进行了电弧行为及其演变特性的实验研究。结果表明:液态金属的收缩过程起始于通孔内液态金属与孔壁的直接脱离,并最终在通孔两端首先发生液态金属柱截断起弧。此外,文中建立了考虑液态金属与孔壁接触特性及孔壁表面形貌特征影响的三维磁收缩仿真模型,揭示了通孔内液态金属的磁收缩机理。

液态金属限流器中电弧放电特性实验研究

电弧放电行为是影响磁收缩型液态金属限流器限流特性的关键因素之一。为了研究其电弧放电特性,设计了带有透明观察窗的单隔板实验装置,采用LC振荡回路模拟短路电流,进行了不同通孔材料下电弧行为及其演变特性的实验研究。结果表明:液态金属电弧形态发展过程可分为起弧、电弧拉伸、弧区收缩及熄弧4个阶段。另外,通孔材料侵蚀所产生的强大气压会显著影响电弧行为及限流特性,一旦腔体内部气压过大,在燃弧后期易出现电弧在电流过零前熄灭的现象,不利于限流器对短路电流的限制。相较于石英玻璃,有机玻璃和GPO-3作为通孔材料可较大程度加快电弧发展、提高电弧电压,但其材料烧蚀严重影响限流器使用寿命,未来有必要继续探索新型耐高温材料。