新型环保气体在35 kV断路器中灭弧性能的仿真与实验研究

高压电力设备中常用的灭弧气体是SF_(6),其具有良好的灭弧性能和绝缘强度。但是,SF_(6)是一种强温室效应的气体,在将来将被逐渐禁用。因此,研究以氟化腈C_(4)F_(7)N气体为代表的新型环保气体作为SF_(6)的替代气体并分析其灭弧性能,成为了近年的热点问题。电流开断是一种复杂的多物理场耦合过程,研究气体电弧的发展规律对提升断路器的开断能力意义重大。文中主要针对SF_(6)、C_(4)F_(7)N/CO_(2)不同气体介质的燃弧过程进行了仿真,得到C_(4)F_(7)N混合气体的温度分布和气压分布与SF_(6)的差异。通过35 kV断路器开断实验,可以解释断路器开断过程中的相关物理现象,并研究C_(4)F_(7)N/CO_(2)的具体灭弧性能,以判断其对SF_(6)的实际可替代性。最终结果显示,5%C_(4)F_(7)N+6%O_(2)+89%CO_(2)混合气体在单次分闸以及重合闸工况下都可以成功开断25 k A的短路电流。

SF_(6)替代气体在隔离开关中的开断性能仿真研究

SF_(6)气体由于其优秀的绝缘和灭弧性能而被广泛应用于高压电力开关设备中。但是,SF_(6)是一种强温室效应的气体,因此,研究以氟化腈(C_(4)F_(7)N)气体为代表的新型环保气体作为SF_(6)的替代气体成为了目前高压电器领域的热点问题。文中针对126 kV隔离开关结构,建立了燃弧过程的磁流体动力学模型,采用SF_(6)气体和C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的真实气体模型,对比研究了SF_(6)和C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体在不同充气压力和触头运动速度下的燃弧过程。建立了弧后电击穿的评估方法,针对C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体在隔离开关结构下弧后的温度及气压分布,预测了弧后最有可能发生电击穿的区域。文中的结果可以为新型环保气体在隔离开关设备中的应用和优化设计提供参考。

金属突出物电极结构下SF6气体临界击穿场强计算研究

SF6气体在电力绝缘设备中的应用已经非常广泛,研究SF6气体放电击穿特性对于计算金属突出物电极结构下SF6气体临界击穿场强具有重要意义。文中针对SF6气体在金属突出物电极结构下的放电击穿过程开展了详细的理论研究与计算分析。首先,基于已有的SF6气体击穿过程进行理论总结并加以完善;然后,引入阶段先导发展模型,针对稍不均匀电场条件下SF6气体放电击穿过程进行建模。将放电击穿分为3个主要过程,首电子产生阶段、流注初始阶段及先导发展至击穿阶段;最后,结合气体物性参数建立金属突出物电极结构下SF6气体折合临界击穿场强计算综合模型,计算得到SF6气体在金属突出物电极结构下临界击穿场强。研究表明:相同压强情况下,交流电压下的临界击穿场强要比雷电冲击电压下的折合临界击穿场强低。雷电冲击电压下临界击穿场强极性随电极结构和压强条件的变化而改变。并且,由于在曲率较大处的电极处局部放电产生空间电荷的影响,随着压强的增大和突出物尖端的加长,正极性雷电冲击电压下的临界击穿场强趋向施加交流电压下的临界击穿场强。