复合聚四氟乙烯耐电弧烧蚀及其介电性能的试验研究

为了提高高压断路器喷口材料的耐电弧烧蚀性能,采用在聚四氟乙烯(PTFE)中添加三氧化二铝或二氧化钛,降低电弧能量对PTFE的烧蚀,同时试验研究复合聚四氟乙烯介电性能的变化规律。研究结果表明:在PTFE中添加无机填料可以明显改善耐电弧烧蚀性能,填料的添加量和粒径是影响复合PTFE电弧烧蚀量的重要因素;复合聚四氟乙烯的相对介电常数和介质损耗角正切随着填料添加量的增加而增大;随着温度的升高,聚四氟乙烯的相对介电常数减小,介质损耗角正切增大。试验结果对于实际应用具有重要的理论指导意义。     

断路器喷口材料PTFE耐烧蚀性能的研究

喷口材料的性能直接影响着断路器的开断特性,为研究喷口材料的耐烧蚀性能,文中设计了一套直流电弧发生装置,可以产生电压、电流、时间、弧长可控的直流电弧,在电弧轴向中充入气流模拟断路器吹弧对聚四氟乙烯(PTFE)的烧蚀,以PTFE材料经受一次电弧烧蚀所损失的质量作为其烧蚀性能的指标。结果表明:稳定燃烧的直流电弧呈现负电阻特性,PTFE的烧蚀量随着电弧电流的增大而增大,随着电弧功率的增加而增大,在电弧中充入气流,电弧燃烧不稳定,并且气流可以明显减少电弧对PTFE的烧蚀量。     

基于AlN填料的SF_6断路器用耐烧蚀灭弧喷口材料性能研究

选用新型的氮化铝(AlN)无机填料进行灭弧喷口材料的基础配方试验和耐电弧烧蚀试验,研究AlN填料对聚四氟乙烯灭弧喷口材料性能的影响。结果表明:AlN填料的加入使灭弧喷口材料的热导率提高了18%,耐烧蚀性提高了15%,灭弧喷口材料的综合性能得到提升,具有良好的推广应用前景。     

SF6断路器喷口用复合PTFE电气性能的研究

高压SF6断路器喷口用聚四氟乙烯(PTFE)的粒径、填料的种类、粒径和添加量,对复合PTFE介电性能和耐电弧烧蚀性能都有着明显影响。应用正交设计软件设计了多种因素、每种因素不同水平组合的试验方案,研究了添加Al2O3, BN,MoS2的复合PTFE的电气性能受多种因素影响的变化规律。结果表明,添加无机填料能有效提高喷口材料耐电弧烧蚀性能,当填料种类不同时,复合FTFE的电弧烧蚀量依次为:复合MoS2的PTFE烧蚀量>复合Al2O,的PTFE烧蚀量> 复合BN的PTFE烧蚀量:复合PTFE相对介电常数随填料添加量的增加而增大,随温度的升高而减小;介质损耗角正切随填料的增加及温度的升高而增大。应用正交设计软件的分析功能,对电弧烧蚀试验结果进行了分析,得出填料添加量对烧蚀量的影响最为显著,其次为填料粒径,再次为填料粒径和PTFE粒径的交互作用。     

SF_6断路器喷口烧蚀性能的试验研究

本文对SF_6断路器喷口耐电弧烧蚀性能进行了试验研究,拟合出喷口烧蚀与开断电流,燃弧时间和电弧能量的关系曲线,分析了开断电流和燃弧时间对喷口烧蚀的影响,试验结果表明国产喷口取代法国喷口是可行的。     

微纳米氮化硼改性聚四氟乙烯喷口材料耐烧蚀性能试验研究

为了获得耐烧蚀性能优异且综合性能较好的喷口材料配方,以微、纳米氮化硼为无机填料对聚四氟乙烯喷口材料进行填充改性,并对其关键性能进行测试分析。结果表明:当填料填充量低于5%时,纳米氮化硼填充喷口材料的力学性能远高于微米氮化硼填充喷口材料,其耐烧蚀性能和电气强度提升更为显著。     

高压自能式SF6断路器电弧能量作用过程仿真

建立了高压自能式SR6断路器电弧的磁流体动力学(MHD)数学模型。此模型创新地考虑了传导散热对喷口材料烧蚀。进而对电弧及气流场产生影响，即同时计入了电弧能量以辐射和传导方式烧蚀喷口材料，并考虑了喷口材料烧蚀所产生的蒸气带来的影响。通过对比考虑传导散热与不考虑传导散热两种情况下的开断过程中气流场的分布及变化，深入研究了灭弧室内电弧能量的传递方式。根据文中的计算条件和结果，得出考虑传导散热时，电弧最高温度为不考虑传导散热时的90％。最后，从电弧能量利用角度出发，就灭弧室结构参数对开断性能的影响进行了研究。     

基于BN填料的高压开关用灭弧喷口材料性能研究

选用BN作为无机填料对喷口材料进行填充改性,对比分析氮化硼和氧化铝两种填料的改性效果,研究不同填料添加量对喷口材料性能的影响。结果表明:与氧化铝喷口材料相比,氮化硼(BN)喷口材料具有更高的电气强度、热导率及耐电弧烧蚀能力。     

纳米改性喷口材料PTFE耐烧蚀性能的研究

为分析纳米改性PTFE的耐电弧烧蚀性能,在PTFE中添加不同质量分数的BN、Al N、MoS_2制得PTFE喷口材料,并对其进行烧蚀试验。结果表明:在电弧电流21 A、电弧电压45 V、燃弧间距6 mm、燃弧时间5 s的条件下,添加BN的PTFE耐烧蚀性能最好,添加BN+MoS_2的次之,添加Al N的最差,其中添加20%BN填料的PTFE耐烧蚀性能最佳。     

大容量断路器喷口材料烧蚀性能的试验研究

研究了大容量断路器喷口材料的耐烧蚀性能,设计了一套基于恒流源的直流电弧发生装置,该装置可产生电压在0~400 V、电流在0~50 A内稳定燃烧的直流电弧。结果表明:稳定燃烧的直流电弧呈现负电阻特性;当燃弧时间不变时,喷口材料的烧蚀量随着电弧能量的增加而增大。     

Ablated mass of PTFE nozzle due to high‐current SF6 arc exposure: Formulation of ablated mass

Characteristics of PTFE ablation due to SF₆ arc exposure were studied to predict the ablated mass of PTFE nozzle in high‐voltage circuit breaker. From the measurement of the ablated mass, the predominant factor of the PTFE ablation was revealed as a radiation power of SF₆ arc. Subsequently, the radiation power absorbed in PTFE was formulated on the basis of the radiation transfer property and the arc physics. The formulation for the prediction of the PTFE ablated mass was established with the formulated radiation power and the measured masses. Finally, the validity of the PTFE ablated mass prediction was shown from the results of the error verification with the measured masses.     

PTFE蒸气对电弧特性影响的数值分析

在喷口电弧动态数学模型中 ,考虑了喷口烧蚀产生的PTFE蒸气的作用。应用有限元方法模拟了SF6 自能膨胀式断路器开断短路电流的过程。通过与不考虑PTFE蒸气影响的开断过程的模拟结果相比较 ,得到了PTFE蒸气对喷口电弧特性影响的结果。表明 :PTFE蒸气使喷口电弧的压力明显增高 ;使电流较高时的电弧温度降低 ;使电弧电流过零时的弧区温度升高 ;在电弧电流下降时 ,电弧的温度下降速度变慢 ;使电弧的半径增大。     

喷口电弧与喷口材料蒸气相互作用的数学模型

基于守恒方程组，建立了喷口电弧与PTFE蒸气相互作用的数学模型，并用该模型对SF6自能膨胀式断路器的开断过程进行数值模拟。结果表明：开断电流的大小对膨胀室内的压力有明显的影响，熄弧压力的建立是依靠PTFE蒸气和SR气体吸收了电弧的能量来完成的。进入膨胀室内的热气流与冷气体之间的相互作用使冷气体向膨胀室的气流出口处运动，有利于弧后触头问的介质恢复过程。PTFE蒸气能加快膨胀室内冷热气流的混合，导致热气体的温度下降、温度升高的区域增大；使弧后喷口内气流场的温度下降速度减小，但由于气体密度上升较快，介质强度增高。     

SF_6自能灭弧中氟材料对电弧能量利用的影响

从电弧能量利用观点出发,在SF_6自能灭弧装置中分别放置两种氟材料PTFE和F_(46),在电流3kA~8kA范围内进行开断试验,利用热气体温度的测量结果计算了电弧能量利用系数,并讨论了氟材料在临界电流范围内对电弧能量利用的影响。     

Effect of polymer ablation gas on arc quenching properties around current zero

The influence of polymer ablation on arc properties such as the temperature distribution and arc conductance in the current decay process was investigated by numerical approaches. A numerical thermofluid model was developed for a simplified circuit breaker with POM or PTFE ablation. In this model, thermal plasma‐polymer solid coupling phenomena such as melting and evaporation were taken into account without any empirical model based on measurements, unlike other existing numerical thermofluid models. The dominant process for the decay of arc conductance was examined by changing the thermodynamic parameters such as the melting and boiling temperatures of solid polymers, or the thermal conductivity and electrical conductivity of the ablation gas. It was found that the gas density, thermal conductivity, and electrical conductivity of the ablation gas were more effective for decaying arc conductance than any other thermodynamic parameters. © 2012 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 180(3): 32–45, 2012; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com ). DOI 10.1002/eej.22274     

SF_6断路器开断特性的数值仿真方法

笔者在LTE和LCE假设的条件下,以质量、动量和能量3个守恒方程以及电流连续方程为基础构建了SF6断路器开断过程中大电流燃弧阶段的电弧数学模型。电弧的欧姆热效应在电流场计算的基础上,通过在能量方程中加入源项来反映。文中对辐射模型以及湍流模型进行了讨论。喷口烧蚀效应通过增加独立的PTFE蒸汽质量守恒方程来考虑,从而构成了考虑喷口烧蚀效应的完备的控制方程组。这一控制方程组构成了SF6断路器开断过程大电流阶段的计算机仿真的基本数学模型,从而为"气体断路器数字化设计方法及仿真平台"的建立打下了基础。     

SF_6压气式断路器喷口堵塞现象的计算分析

在考虑了喷口内壁由于电弧辐射而引起的烧蚀的条件下,建立了一组计算SF_6压气式灭弧室与其喷口电弧的相互作用的数理方程,运用它所得到的计算结果,同GE公司的测试结果很吻合。