一种小型漏电断路器产品的优化设计

对灭弧系统及电子组件板进行改进设计,灭弧室采用左右交错排列多栅片,喷弧口采用多层网状栅片,引弧片采用大弧度的结构,在触头系统部分增设两个导磁板以及新型聚合材料的隔弧板,分析了为达到设计指标而采取的方案措施。该产品的各项性能指标都达到了设计要求,市场反应良好,成为性价比较高的新一代小型漏电断路器。     

小型断路器分断电弧的试验研究及其结构优化

针对某型号小型断路器(MCB)产品的灭弧室,采用电流振荡回路,试验观察了电弧的运动情况。通过观测电弧的运动以及电弧电压特性,结合电弧的烧蚀情况,分析了栅片形状、跑弧道、出气孔等对产品灭弧能力的影响。通过缩短上跑弧道、栅片后加带孔绝缘挡板和改变栅片固定件等方法,缩短了电弧的停滞时间、转移时间、燃弧时间、增大了栅片切割程度,提高了电弧电压,改善了MCB的分断性能。     

小型断路器灭弧室的仿真与实验分析

针对某小型断路器产品的灭弧室,建立了三维电弧仿真模型并进行了动态特性仿真,仿真结果揭示了灭弧室内电弧的运动规律,电弧弧根从动触头到跑弧道的转移,电弧沿跑弧道向栅片运动并被铁质栅片切割的过程。在此过程中,电弧多次出现背后击穿,电弧在跑弧道拐点长时间停滞,使该位置的电极被强烈烧蚀。此现象得到了实验的验证,同时仿真得到的电弧电压和电流与实验结果较为一致。     

引弧板对桥式双断点断路器灭弧性能的影响

合理的引弧板设计可以大幅度提升限流型断路器的开断性能。为此,针对桥式双断点断路器,对比分析了U形槽引弧板的U形槽位置和大小等对灭弧性能的影响。首先,设计了一个带卡住机构的桥式双断点断路器可拆式灭弧室样机,并通过3维有限元电磁仿真和多体动力学分析验证了样机的可行性。然后利用设计的实验样机,通过对比开断波形和开断特性参数,重点研究了3种不同引弧板结构对灭弧性能的影响。研究结果表明:在引弧板上增加U形槽可以增大动导电杆的电动斥力,且较大的U形槽作用更加明显;U形槽的引弧板有利于电弧拉长及进入栅片,增加U形槽后,电弧电压峰值提高了15 V,但是U形槽嵌入栅片容易造成弧根进入栅片后又重新转移到动导电杆上,不利于电弧在栅片中稳定燃烧。研究结果可为断路器的设计提供参考。     

引弧片在灭弧室中的应用发展

本文指出在低压开关灭弧室中采用引弧片后可缩小或取消了弧角与栅片的间隙，加速弧根的移动并降低弧根温度，同时促使弧柱尽快进入栅片从而加速灭弧。最后介绍我国自行设计的大容量断路器ＤＷ１５因灭弧室采用了引弧片加速灭弧从而提高了该系列产品短路分断能力的裕度。     

低压电器空气灭弧室气流场特性的仿真研究

采用Fluent软件建立空气灭弧室气流场分析的二维模型，针对具有不同栅片结构的空气灭弧室内部气流场进行仿真，分析出气孔结构、栅片形状、栅片相对位置等因素对灭弧室气流场特性的影响。在此基础上，针对当前空气灭弧室结构存件的问题，对电弧入口处的栅片结构以及下引弧片与第一栅片的相对位置进行优化设计，经多次修正后得到较为理想的空气灭弧室结构。仿真结果为低压空气灭弧室结构的优化设计提供了理论依据。     

栅片灭弧室灭弧效率的耦合仿真及其测量方法

研究了栅片灭弧室中面向不规则导体的电-磁耦合瞬态建模方法,通过该模型分别求解了栅片灭弧室的稳态和瞬态响应过程。为对模型进行验证,建立了一套可以对栅片灭弧室灭弧效率直接进行测量和评估的测试系统,通过数控瞬时恒流源提供激励电流,利用不同空间位置分布的霍尔芯片,对断路器灭弧室内的磁感应强度进行直接测量,并对其灭弧效率进行计算。试验结果显示所建立的耦合模型可以较好预测栅片灭弧室中的磁通密度大小及其分布。在此基础上研究了不同磁导率和电导率对于灭弧室效率的影响。仿真结果表明,栅片灭弧效率随着栅片磁导率的增大而增加。进一步提高栅片的磁导率,其灭弧效率趋近饱和。当电导率处于较小值时,对栅片灭弧室的效率影响较小;进一步增大栅片的电导率,其灭弧效率将会降低。提高灭弧栅片的电导率可以减小灭弧室内吹弧磁场和磁吹弧力的瞬态响应峰值,增大其瞬态响应时间。     

弧柱压降对塑壳断路器限流性能的作用

低压断路器依靠栅片分割电弧成短弧来熄灭电弧,传统的观点认为塑壳断路器限流作用主要依靠短弧的近极压降.从塑壳断路器尺寸紧凑、栅片数受限制出发,提出弧柱压降对限流同样起很大作用.用最新文献中提出的经验公式进行分析,并对一个实际塑壳断路器在带与不带灭弧栅片条件下进行分断试验,测量其电弧电压,说明弧柱压降对限流性能的贡献.用不同触头系统结构的断路器作对比实验,双向斥开的触头系统的分断性能高于单向斥开的触头系统,证实提高弧柱压降是一种有效的限流措施.     

万能式断路器分断特性的试验研究

针对某万能式断路器（ACB）的灭弧系统,以单频 LC 振荡回路提供单相交流短路电流,采用熔丝引弧方式对影响 ACB 分断特性的因素进行了试验研究。试验结果表明,通过改变出气口最内侧隔弧板材料和安装位置及增大灭弧栅片与动触头引弧角距离等方案,可提高分断过程的电弧电压,能够为灭弧室的优化设计提供参考依据。     

接触器栅片灭弧室介质恢复强度及重燃过程的分析

交流接触器的电寿命与其过零时期的介质强度恢复过程有密切的关系,测量了几种栅片灭弧室的介质恢复强度,分析了栅片灭弧室强度的恢复过程和重燃过程,通过对栅片水平放置和竖直放置灭弧室电中弧运动状况的分析,比较了它们对重燃过程及介质恢复过程的影响。     

空气开关电弧仿真技术及其应用的研究

通过仿真技术研究了空气开关电器中空气电弧。建立了电弧磁流体动力学（MHD）模型,并求解模型控制方程,分析了电弧运动、触头打开、电弧转移等过程。该项研究可为开关电器产品的优化设计提供理论参考。     

压力测量及其在低压断路器灭弧室优化设计中应用

介绍了压力传感器,灭弧室内产气材料的选择,排气通道和外壳的优化设计及低压断路器灭弧室压力测量的方法,实例介绍压力测量在低压灭弧室优化设计中的应用。     

Characteristics of the Arc Voltage of a High‐Current Air Arc in a Sealed Chamber

The effect of the arc voltage on various factors of design and control was investigated for high currents in order to develop design guidelines for circuit breakers. In this study, the dependence on such factors, namely, the current, arc length, electrode surface area, and internal pressure of the arc voltage, was evaluated quantitatively. As a result of the evaluations, it was estimated that the arc voltage near the electrode surface rises linearly with the arc current and the power ?0.8 of the surface area, and that the voltage in the arc column rises as the 0.3 power of the pressure increase. We confirmed the validity of the estimated voltage characteristics by comparison with the generated voltage in an actual arc‐extinction chamber. The characteristics of the estimated voltage can provide effective guidelines for the design of arc extinguishing chambers. © 2013 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 186(1): 34–42, 2014; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com ). DOI 10.1002/eej.22487     

低压断路器电弧仿真试验和研究

介绍了二维电弧磁流体动力学模型的建立方法,分析了产气材料、金属蒸汽、灭弧室结构等不同因素对电弧特性的影响。仿真试验结果验证了仿真方法和模型的正确性,为低压电器灭弧室的优化设计提供了理论基础。     

限流熔断器电弧能量的简化计算与分析

提出电弧电压在电弧燃炽过程中恒定这一简化假设,推导了直流和交流情况下电弧能量计算公式.基于该公式分析了电弧能量和电弧电压的关系,发现电弧能量随电弧电压增高而降低,当电弧电压均值约为额定电压的2.5～3.0倍时,可以使电弧能量降低到合适水平.进一步分析了电弧能量和预期短路电流、短路时间常数（直流）或短路相角（交流）的关系.分析表明：直流情况下电弧能量受时间常数影响最大,随时间常数单调增加;交流情况下电弧能量与短路电流和短路相角都有显著关系,最大电弧能量大约出现在中等短路电流和0°短路相角处.这为限流熔断器的过电压设计和最大电弧能量短路分断试验参数的选择提供参考.     

中频开关电器触头材料耐弧侵蚀试验测试系统设计

介绍了变频下开关电器触头材料耐弧侵蚀试验测试系统设计.阐述了试验方法、设备、内容和步骤.该测试系统将对触头材料电弧侵蚀机理研究提供帮助.     

低压断路器电弧仿真研究

低压断路器是低压配电系统最为关键的保护和控制设备,低压电弧的数值仿真对于优化低压断路器的设计,提高其开断性能具有重要意义.给出了目前广泛应用的磁流体动力学电弧仿真模型的基本方程,从电弧转移、栅片切割、辐射、湍流等方面对现有的低压断路器仿真工作进行了回顾和总结,并对小型断路器、塑壳断路器等产品中的电弧仿真进行了介绍.同时指出了现有电弧模型存在的问题,给出了低压断路器电弧仿真今后的发展方向.     

基于DSP的继电器触点电弧测量技术

针对触点间燃弧时间及电弧释放的能量是诱发继电器触点粘连的主要原因,设计了基于DSP的触点电弧数据采集卡,给出了采集卡软硬件设计方法,并研究了继电器控制小功率直流电动机时,燃弧时间和电弧释放能量的的测量技术.该采集卡具有与PC机的通信功能,改进了继由器电寿命检测技术.     

喷口型面及尺寸对SF6高压断路器介质强度恢复特性的影响

SF6高压断路器的喷口对断路器开断过程中吹弧气体的流动特性起着控制作用,从而成为灭弧室的心脏。该文以252 kV SF6断路器为研究对象,研究了改变喷口喉部下游仰角、长度对灭弧室吹弧气体流动特性、介质强度恢复特性的影响;应用激波理论和拉伐尔喷口中流速与截面比的关系,研究了局部"放-收"型面及2段型面对吹弧气体的控制作用及对介质强度恢复速度的影响;比较了在不同的喷口尺寸及型面下介质强度的恢复速度,得出喷口下游的型面对开断过程中介质强度恢复速度影响显著的结论。这对SF6高压断路器喷口的优化设计及灭弧室小型化设计具有重要的实际意义。