阻性隔板液态金属限流器设计与限流特性分析

液态金属限流器(LMCL)具有独特的优势,在电力系统的限流方面有良好的应用前景。为了减小LMCL烧蚀,提高使用寿命,该文设计了一种阻性隔板液态金属限流器(RWLMCL)。首先,从腔体内部的电流分布角度,分析了RWLMCL减少烧蚀的原因。然后,通过实验与仿真探究了RWLMCL中液态金属自收缩效应的动态变化过程。结果表明,仿真与实验结果具有很好的一致,证明了理论模型的合理性。将LMCL的隔板由绝缘替换为阻性,液态金属自收缩效应仍然有效。最后,比较了RWLMCL与现有绝缘隔板LMCL的限流特性与烧蚀情况,发现与绝缘隔板LMCL对比,铁钴镍隔板LMCL的电流峰值减小了2.68%,电弧电压峰值减小了95.0%,弧前时间减少了23.9%,燃弧时间减少了68.8%,阻性隔板的氧化锌隔板LMCL与铁钴镍隔板LMCL的液态金属烧蚀明显减弱。结果证明,RWLMCL可以限制液态金属电弧剧烈燃烧,减少腔体的烧蚀,从而有效地延长LMCL的使用寿命。

自收缩效应型液态金属限流器限流特性影响因素的研究

基于自收缩效应的液态金属限流器(liquid metal current limiter,LMCL)有自动检测限流、故障排除后可自恢复、填充介质对环境友好、结构简单以及体积小的独特优点,具有良好的应用前景。通过测量不同情况下限流过程回路电流以及LMCL的电弧电压,实验研究了LMCL限流特性的影响因素,为LMCL结构的优化设计提供参考依据。实验结果表明:LMCL的限流效果随着弧前时间的缩短以及电弧电压的上升而愈加明显,弧前时间和电弧电压受预期短路电流和LMCL结构参数的影响;同时实验过程中发现,大电流下电弧压力对LMCL限流性能会产生不利的影响,为解决此问题,提出了一种带有压力释放功能的限流器结构,可以有效地改善限流效果。

基于自收缩效应液态金属限流器中电弧行为特性的实验研究

研究基于自收缩效应液态金属限流器(LMCL)中的电弧行为特性。设计了具有LMCL基本结构特征的实验模型。利用高速摄影技术获得的起弧和燃弧过程的影像以及通过数字示波器记录的电弧电压和电流波形,揭示了液态金属中电弧起弧机理,分析了电流对弧前自收缩过程的影响,研究了在单孔条件下电弧形态随电弧电压的演变规律。同时在实验过程中发现了电弧对电极的侵蚀现象,并通过分析其成因提出一种能够有效避免侵蚀的电极结构改进方法。该研究对进一步提高LMCL限流性能具指导意义。

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。

基于液态金属自收缩效应的故障电流触发器

随着舰船电力系统容量增大,系统短路电流水平急剧上升,传统电磁脱扣保护装置难以满足现代舰船电力系统快速保护需求。提出了一种液态金属型故障电流触发器,利用液态金属GaInSn在短路电流条件下的自收缩效应产生弧压作为动作信号,具有反应速度快、可靠性高、可自恢复等优点。搭建了液态金属型故障电流触发器弧前特性试验平台,设计了额定1 kA的装置样机,进行了温升及弧前特性试验。试验结果表明:液态金属型故障电流触发器额定1 kA通流条件下电极温升仅为43 K,其稳态通流能力主要受电磁力作用约束;液态金属型故障电流触发器弧前时间与di/dt近似呈反比关系,当电流上升率为10.3 A/μs时,触发器弧前时间为1.09 ms。液态金属型故障电流触发器可作为混合型限流断路器的短路电流检测装置,对提高装置可靠性、实现快速限流具有重要意义。

液态金属型电弧触发器稳态温升仿真及优化设计

本文以Workbench为仿真平台,建立了液态金属型电弧触发器的稳态温升模型,研究了不同通流孔数量对触发器温升特性的影响,获取了优化设计原则,可用于指导液态金属型电弧触发器的稳态温升设计。