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。     

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。     

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。     

有机硅弹性胶中二氧化硅填料对其性能的影响

对用于电力电子模块的耐高温有机硅弹性胶进行了研究；对加入不同含量二氧化硅填料的弹性胶的电阻率、介电常数、介质损耗角正切、击穿强度以及流变特性作了系统的实验研究。结果低温区的电阻率随二氧化硅加入量的增加而提高，高温区的电阻率无明显改变；介电常数和介质损耗角正切均随二氧化硅加入量的增加而逐渐增大，击穿强度随填料的增加有所降低，另外，二氧化硅对弹性胶的固化条件没有影响，但在加入量较大时，弹性胶的扭矩稍的     

高压断路器喷口材料的试验研究

在分析高压SF6 断路器开断大电流时 ,电弧对喷口烧蚀机理的基础上 ,进行了喷口材料改性试验研究。得出聚四氟乙烯中加入MoS2 ,BN ,光致蓄光材料 (PL) ,复合聚四氟乙烯的介电性能、光学性能、耐电弧烧蚀性能和线膨胀系数的变化规律。研究结果为提高喷口的耐电弧烧蚀性能、改善喷口材料的介电性能和工艺性提供了理论依据。     

聚乙烯/氮化硼高导热复合材料的耐电弧性和介电性能

聚乙烯是一种重要的绝缘材料,但较低的热导率限制了其进一步应用。向聚乙烯基体中添加高导热无机颗粒可有效提高复合材料整体的热导率,同时会对其耐电弧性和介电性能产生影响。鉴于此,分别以微米氮化硼和微纳米混合氮化硼颗粒作为填料,制备了不同填料质量分数的两类聚乙烯/氮化硼复合材料。除了对各复合试样的热导率进行测量,还通过高压电弧起痕实验分析了各试样热导率对其耐电弧性的影响,最后对各试样的相对介电常数和交流击穿强度进行了评估。结果表明:当氮化硼填料的质量分数由0增加至40%,复合试样的热导率不断增大,耐电弧性随之增强。但是基体中填料质量分数较高时(20%),复合试样的相对介电常数明显增大、交流击穿强度显著下降。此外,基体中填料的质量分数相同时,微纳米混合氮化硼颗粒填充的复合试样具有更优异的导热性能、耐电弧性和介电性能。     

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。     

硅脂环境下硅橡胶的吸收特性及其关键电气性能研究

电缆附件在长期运行过程中,其界面硅脂与绝缘硅橡胶直接接触使其逐渐被硅橡胶吸收,导致硅橡胶性能下降,甚至引发电缆附件界面问题。文中以附件绝缘硅橡胶吸收硅脂的增重试验为基础,研究不同温度下硅脂/硅油在硅橡胶中的扩散规律并获得相应的扩散参数;研究硅脂对硅橡胶体积电阻率、相对介电常数、介质损耗角正切值和工频击穿场强等电气性能的影响规律。结果表明,不同温度下硅脂/硅油在硅橡胶中的扩散规律服从Langmuir扩散模型;硅橡胶对硅脂/硅油的吸收能力随温度升高而增强,且硅橡胶内硅油分子的脱附过程更强;随着硅橡胶对硅脂吸收量的增加,硅橡胶的体积电阻率逐渐降低,相对介电常数和介质损耗角正切值逐渐增加,但其工频击穿场强呈先增大后减小的趋势。     

PTFE复合体系电弧作用机理探讨及电气性能研究

断路器的开断性能决定着电网运行的安全性,断路器开断过程中电弧对喷口的烧蚀极大地影响了设备的灭弧性能,制约了断路器的发展,PTFE改性的研究对提高断路器的开断性能具有重要的现实意义。采用氟化钙(CaF2)、二氧化钛(TiO2)和二硫化钼(MoS2)混合填料对PTFE进行填充改性,试验研究了PTFE不同复合体系的介电性能,分析了混合填料对PTFE电气性能的影响。     

球形氮化硼/环氧复合材料的制备及绝缘性能研究

针对常规片状氮化硼比表面积大,与环氧树脂复合时会急剧增大树脂黏度的问题,本研究制备了球形氮化硼,并将其作为填料与环氧树脂复合制备了球形氮化硼/环氧复合材料。研究了球形氮化硼/环氧复合材料的制备工艺和固化特性,对比研究了片状/球形氮化硼填料的形貌和填充量对环氧树脂复合材料力学性能和电学性能的影响规律。结果表明：随着反应温度升高,环氧树脂的固化度呈现“S”型曲线变化,整个固化过程可大致分为“慢-快-慢”3个阶段。力学性能方面,加入少量氮化硼可以提高环氧树脂复合材料的力学性能;高填充量时,球形氮化硼/环氧复合材料比片状氮化硼/环氧复合材料具有更优异的力学性能。电气性能方面,环氧树脂复合材料的相对介电常数随填料含量的增加而增大,介质损耗因数均低于0.02;与片状氮化硼/环氧复合材料相比,球形氮化硼/环氧复合材料的“填料-树脂”界面减少,具有更低的相对介电常数和介质损耗因数;添加适量的氮化硼能够显著提高复合材料的体积电阻率和电气强度。     

真空下环氧复合材料耐脉冲电流烧蚀性能

在脉冲功率装置中,由于沿面闪络引起绝缘破坏的现象极其常见,因而有必要研制具有高耐烧蚀强度的绝缘材料来延长脉冲功率装置的使用寿命。本文通过向环氧基体中添加微/纳米氢氧化铝,微/纳米氧化铝,以真空闪络一定次数后试样表面形貌和质量损失的变化为烧蚀性能的评价方法,研究了无机填料对环氧耐烧蚀性能的影响。试验结果表明:无机填料对环氧耐烧蚀性能有所提高,氢氧化铝的效果比氧化铝明显;纳米氢氧化铝要好于同质量分数的微米氢氧化铝,而微/纳米氧化铝之间的效果差别刚好相反。     

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。     

Ti02/环氧复合材料脉冲真空沿面闪络特性

为了揭示微米TiO2填料对环氧复合材料真空快脉冲作用下的沿面闪络特性的影响,并探讨相关影响因素的作用机理,制备了6种不同填料含量的TiO2/环氧复合材料,测试了各种试样在30 ns(脉冲前沿)/200ns(半高宽)脉冲作用下的真空沿面闪络电压,并测量了介电频谱和热刺激去极化电流(TSDC)。结果显示,TiO2质量分数(wt%)的变化对Ti02/环氧复合材料的闪络电压有显著影响,但两者之间并不是线性关系;随着填料质量分数的增加,复合材料的介电常数和电导率都逐渐增加;所有实验材料都存在深、浅两种不同的陷阱能级,深陷阱电荷量和浅陷阱电荷量随填料质量分数的变化呈现出不同的变化规律。分析认为,Ti02/环氧复合材料的真空快脉冲沿面闪络特性不能由介电常数和电导率等影响因素的变化趋势单独解释,而针对闪络的深浅陷阱共同作用模型可以很好地解释闪络电压的实验结果。同时,根据实验结果对闪络的深浅陷阱共同作用模型进行完善,提出了当填料质量分数较低时,浅陷阱将显著降低材料的闪络强度,而当填料质量分数较高时,深陷阱对闪络强度的增强作用更为明显。     

Calculation of transient puffer pressure rise takes mechanical compression, nozzle ablation, and arc energy into consideration

Thermal puffer-type gas circuit breaker (GCB) has a high dielectric and current interruption capability. In order to design a good thermal puffer GCB, it is important to know the blast pressure for arc cooling. Although pressure calculation programs have been developed and used for design work, the basic characteristics, such as contribution of nozzle ablation gas to puffer pressure rise, amount of back flow gas to puffer chamber, and pressure distribution along gas passages during current interruption, are not well known. In this paper, pressure rise, mass flow, and temperature calculations were carried out using a new calculation model, which takes mechanical compression by puffer piston, nozzle ablation in the nozzle throat and arc energy into consideration. By analysis of the calculation results, we found the pressure rise mechanism is as follows. While fixed contact located in the divergent part of nozzle, all of the ablation gas generated from the nozzle wall cannot be exhausted from the nozzle and it leads to high-pressure generation in the nozzle throat. This pressure causes transfer of hot ablation gas back to the puffer chamber via gas passage. The puffer pressure increases thermally due to temperature rise by this mechanism. At a longer arcing time, as high puffer pressure was already established in the puffer chamber, the nozzle ablation gas cannot flow back to the puffer chamber. Besides as mass flow through nozzle is limited by low gas density, the puffer pressure rise is obtained by the mechanical compression of puffer piston.     

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。