混合型限流熔断器触发装置用电流互感器铁芯结构设计

针对短路电流保护装置的电流测控单元因电子元器件失效或电源掉电而导致保护装置拒动的问题,提出了一种无源电磁式电流互感器,分析了触发装置的工作原理,根据铁芯材料的磁化特性曲线,确定了互感器有效工作区间内铁芯的最大磁感应强度。针对铁芯在大电流条件下磁通容易饱和的问题,通过仿真分析了气隙分布对互感器内磁感应强度的影响。设计出在短路电流峰值为15 kA时仍可有效工作的电磁式电流互感器铁芯结构,三维瞬态电磁场仿真显示短路电流上升率为20 A/μs、二次绕组匝数为30匝时,铁芯二次绕组侧输出电压不小于14 V。最后设计制作了采用无源电磁式电流互感器作为触发装置的混合型限流熔断器工程样机,并进行了短路电流检测实验,实验结果与仿真基本一致,证明了铁芯设计的准确性和有效性。

大电流电弧触发式混合限流熔断器分析与设计

为解决电弧触发式混合限流熔断器在大电流场合下的应用问题,针对其关键技术开展了深入研究,重点对电弧触发器进行了优化设计。通过建立电弧触发器的热电耦合模型,分析了熔体结构尺寸对其温升和弧前特性的影响,旨在提高其熔体的载流密度,在满足温升要求的前提下缩短其熔断时间,提高故障检测速度。研制了2000 A/640 V工程样机,额定通流功耗144 W。在预期电流峰值100 kA、时间常数4.17 ms的短路试验中,电弧触发器在短路后700μs熔断起弧,整机弧前时间1.1 ms,全分断时间仅为1.85 ms,短路电流峰值19 kA,弧前焦尔积分值仅为同规格快速熔断器的1/28。

混合型快速直流开断的短时短间隙电弧现象

随着轨道交通、船用电力系统等直流电力系统的迅猛发展,混合型快速直流开断成为了当前电气领域的热点问题。混合型快速直流开断过程中的燃弧有着较为鲜明的特点:短时短间隙。虽然这种短时短间隙电弧现象直接影响着混合型快速直流开断的成功与否,但是就查阅文献的情况来看,其研究还未成体系。该文就该问题进行总结。首先简要地对混合型直流快速开断的电气特性进行介绍,并通过高速摄像较为直观地呈现了短时短间隙电弧现象,在概要总结了开关空气电弧国内外研究进展的基础上,提出了适合于短时短间隙电弧建模及相关研究工作的技术途径建议,最后陈述了前期就短时短间隙电弧所进行的部分工作进展。

混合型限流及开断技术发展综述

混合型限流及开断技术是将高速机械开关、固态开关、快速熔断器、超导限流器、液态金属限流器等几种技术有机结合的一种新型限流及开断技术,通常具有几种技术的优点,克服了它们单独应用时的缺点,因此具有广阔的应用前景。文章详细介绍了混合型限流断路器、混合型限流熔断器、混合型超导限流器和混合型液态金属限流器的工作原理及其发展现状,对不同的拓扑方案进行了对比分析,总结了各类混合型限流及开断技术各自的优缺点,归纳了未来混合型限流及开断技术需要进一步研究的内容和发展方向。

爆炸活塞式大电流高速限流开断装置的设计与分析

针对高温环境及大电流要求,对混合型限流熔断器的关键部件-大电流高速开断器开展了研究。说明了爆炸活塞式高速限流开断装置的结构及工作原理,采用ANSYS有限元分析软件,建立了热电耦合模型,对温升进行仿真。推导了爆炸活塞式开断器可靠分断所需药量的计算公式;基于研究所得出的结论,研制了DC320V/2 500 A原理样机,进行了温升实验,样机在额定通流下炸药装药位置温升29 K,满足高温环境应用要求。设计了相关试验测试线路,完成了实际爆炸分断时间测试,试验结果表明,药量计算准确,开断器样机分断时间约为110μs,能满足电力系统短路限流分断要求。

直流混合型限流开关分析与设计

为研究一种适用于船舶直流电力系统短路保护的限流装置,提出基于斥力开关及快速熔断器的直流混合型限流开关方案。斥力开关在短路发生后迅速分断,电流转移到与开关并联的快速熔断器支路,由快速熔断器完成短路电流的分断和能量的吸收。研制了额定640V/600A的原理样机,进行了预期电流峰值为100kA,时间常数为7ms的限流分断实验。实验结果表明,斥力开关在短路电流超过设定动作值后200μs内分断,经过100μs电流转移到快速熔断器支路,熔断器经过1.1ms熔断起弧,限流峰值为15.4kA,故障排除后50ms限流开关自动重合闸。实验数据验证了理论分析和参数设计的正确性,为该型开关在直流系统中的应用提供了设计依据。

窄缝灭弧法提升电磁斥力高速开断器电弧电压的分析与试验

电磁斥力高速开断器的电弧电压对于混合型限流熔断器的换流性能的影响很大。电弧电压幅值较低会使得高速开断器向灭弧熔断器的换流时间增长,影响限流性能;幅值严重过低的电弧电压,会导致换流失败,进而使得故障短路电流无法分断。针对此问题,采用窄缝灭弧的机理,增大绝缘活塞外径,减小灭弧室圆环套筒内径,用于电磁斥力高速开断器的电弧电压提升优化。推导了电弧电压的数学计算公式,通过电磁斥力高速开断器样机的电弧电压测试试验,验证了数学计算公式的正确性。分析了开断速度、窄缝形状参数对于电弧电压的影响,所得到的结论可用于指导电磁斥力高速开断器提升电弧电压的优化设计。

混合型限流熔断器爆炸活塞式高速开断装置炸药腔室结构分析及优化

爆炸活塞式高速开断装置的炸药腔室结构直接影响混合型限流熔断器的动力、电气性能,不合理的结构会使动子获得的动能降低,导致分断能力下降甚至分断失败。针对此问题,以LS-DYNA为仿真平台建立了非线性动力学模型,对炸药腔室的结构进行了研究,得到了冲击波在炸药腔室内的传播规律,并分别分析了炸药与活塞距离、活塞半径、药腔半径对开断性能的影响,结果表明炸药腔室结构参数存在最优值。最后设计了额定900 V/1 000 A的装置样机进行了分断特性和短路开断试验,试验中开断器动子位移与仿真一致,样机成功分断了预期峰值40 k A、电流上升率12 A/μs的短路电流,机械刚分时间为84μs,短路电流峰值被限制在22.7 k A,表明仿真模型与相关研究结论可用于指导爆炸活塞式高速开断器的结构优化设计。

电弧触发式电磁斥力高速开断混合型直流限流装置设计与试验

针对目前商用化最为普遍的电子测控式爆炸辅助混合型限流熔断器存在的两个问题,从更改机理的角度出发,提出一种电弧触发式电磁斥力混合型限流熔断器方法。电子测控式爆炸辅助混合型限流熔断器采用电子测控作为短路检测的手段,可能存在因电磁干扰带来的误动。新方案采用电弧触发检测作为短路检测的手段,从机理上避免了电磁干扰可能带来的影响。电子测控式爆炸辅助混合型限流熔断器采用爆炸辅助开断作为快速形成断口的手段,炸药的存在带来了安全性较低,高温下易分解的问题。新方案采用电磁斥力辅助开断作为快速形成断口的手段,从机理上避免了使用炸药带来的问题。针对灭弧熔断器,建立了含熔体烧蚀、截面扩展的数值计算模型,经对比,仿真结果与试验结果的一致性较好。研制了电弧触发式电磁斥力高速开断混合型限流熔断器原理样机,进行了2.7A/?s初始短路电流上升率条件下的整机分断试验,短路电流被限制在2.55k A,整个分断过程耗时1.7ms,成功分断的试验结果证明了设计方案的有效性。

新型混合式限流熔断器设计分析

基于电弧触发的混合式限流熔断器方案,采用电弧触发器取代了现有混合式限流熔断器中的电子检测控制装置,分析该方案限流过程中的关键技术,设计研制样品。模拟短路限流试验验证分析设计的正确性,结果表明,基于电弧触发的混合式限流熔断器可靠性高、结构紧凑、限流能力强,具有广泛的应用前景。

一种符合IEC标准的电压互感器保护用真空式限流熔断器

目前,国际上还没有能够完全保护电压互感器的熔断器,以及相应的IEC标准。笔者研究了一种新型的真空混合式全范围限流熔断器来保护电压互感器,为制定出相应的IEC标准提供技术支持,并指导该类产品的设计、制造、试验和运行。该产品是由真空熔断器和限流熔断器串联组成,采用环氧树脂工艺浇铸而成。根据熔断器的基本工作原理,利用真空熔断器具有特别陡的时间-电流特性,来开断小过载电流;利用限流熔断器来开断大过载电流和短路电流。试验结果验证该熔断器能够保证在额定电压因数波动范围为1～1.2时能够长期正常工作,额定电压因数为1.9时可以在30s内可靠动作,并且顺利开断了31.5kA的短路电流,实现了对电压互感器的妥贴保护。该产品具有结构新颖、性能安全可靠、性价比高等优点。

基于混合型限流熔断器的船舶直流电力系统保护技术研究

分析了传统船舶直流电力系统保护的缺陷,通过仿真计算得到了混合型限流熔断器的短路限流值,提出了基于混合型限流熔断器短路限流特性的船舶直流电力系统选择性保护方法,研究结果表明采用混合型限流熔断器后电力系统保护选择性与速动性都能得到保证,有效提高了船舶直流电力系统的安全水平。

直流电力系统短路限流装置研究

随着舰船电力系统容量的增加,其短路电流水平不断提高,急需研究一种分断速度快、限流能力强的新型限流保护装置。混合型限流熔断器相对于普通限流熔断器具有功率损耗低、限流能力强的优点。文中介绍了两种新型限流熔断器的结构组成、工作原理和特性,指出被动式混合型熔断器与电子控制的主动式混合型限流熔断器相比,因其无需外部电源、传感器及电子控制单元,可靠性更高且体积更小。

新型混合型限流熔断器在舰船综合电力系统中的应用分析

采用中压直流电网输配电是舰船综合电力系统的重点发展方向,但中压直流开关的分断能力不足成为中压直流电网发展的一个重要制约。本文提出在合理位置加装电弧触发式混合型限流熔断器(ATH-CLF)来限制中压直流电网短路电流的方法来解决这一问题。首先以IEEE Std 1709-2010推荐的一种舰船中压直流电网为例,建立了该电网的EMTP仿真模型和ATH-CLF的EMTP仿真模型,计算了有无ATH-CLF以及ATH-CLF安装在不同位置时各典型位置发生短路的电网短路电流及母线电压跌落。分析表明,合理的ATH-CLF加装方案可有效降低短路电流水平,并可使非故障区域的母线电压跌落在10 ms之内恢复。

填料对电弧触发器特性的影响

以某型额定电流2kA电弧触发器为对象,建立了基于ANSYS平台的温升及弧前模型,分别对纯石英砂与水玻璃砂两种填料和绝热条件下的触发器进行了仿真计算.结果显示:填料对触发器稳态温升特性影响不明显,但会增加触发器弧前I2t值及延长弧前时间;触发器采用纯石英砂填料较采用水玻璃砂填料的弧前时间更短.最后制作了采用以上两种填料的触发器试验样品并进行了温升及弧前特性试验,试验结果与仿真分析结果一致,其中触发器采用纯石英砂填料比采用水玻璃砂填料弧前I2t值降低了21.1%,表明触发器采用纯石英砂填料更优.