改进混合型限流断路器限流特性及换流电弧能量分析

混合型限流断路器兼备了机械开关良好的静态特性和固态开关无弧快速分断的动态特性,是国际上断路器研究的新方向。为了对高di/dt电流下混合型限流断路器的换流电弧能量进行分析,在已研制出的两种混合型限流断路器样机基础上,开展了相同实验线路参数和设定动作值条件下的两种限流断路器方案的对比实验。改进方案可将电流上升率di/dt为18A/μs的短路电流限制到7.5kA,分断动作时间1ms,相比于初始方案,改进方案分断速度更快,限流能力更强。进而计算了2种方案在不同短路电流上升率下的换流电弧能量,并分析了电弧能量对触头烧蚀特性的影响。改进方案能够有效地降低换流电弧能量,减小电弧对触头的烧蚀,提高触头寿命。研究表明改进方案更适合需要多次分断高di/dt短路电流的应用场合。     

低压断路器中电弧运动形态的观察

低压断路器开断中电弧的运动影响断路器的开断性能。通过对电弧运动的观察有助于更好地理解电弧的原理及对断路器进行改进。本文介绍利用高速摄像机对低压断路器开断中的电弧进行观察,并拍摄到低压断路器背后转移中的电弧运动图像。     

混合断路器大电流开断过程中真空电弧与SF6电弧相互作用的仿真

真空断路器和SF6断路器串联的混合断路器,可有效利用真空和SF6气体两种介质不同的灭弧特性实现更大短路电流的分断。为研究两种电弧的相互任用,运用ATP软件及其TACS工具建立了系统实验仿真平台、12kV真空断路器与40.5kV SF6断路器的电弧模型;将仿真结果与实验波形结合通过数学方法分别求得实用的真空电弧和SF6电弧模型参数;搭建了实用真空电弧模型与SF6电弧模型串联的混合断路器模型。通过设定不同的系统仿真参数,研究开断过程中真空电弧和SF6电弧的相互作用及真空断路器与SF6断路器的分压关系;分析两断路器不同时刻分断的协同特性与介质恢复过程;量化研究混合断路器的断流容量增益特性。仿真结果证明,真空断口首先承担恢复电压有利于SF6断口的介质强度恢复;两断口间的电压分布关系主要由电弧电阻与断口间电容决定;在不增加SF6气体使用量的情况下混合断路器具有比SF6断路器更大的断流能力。研究结果为大容量混合断路器的设计提供了理论依据。     

混合型直流真空断路器触头技术——现状与发展

基于强迫换流原理的混合型直流真空断路器(hybrid direct current vacuum circuit breaker,HDCVCB)是直流开断技术的有效方式之一,其参数设计及开断能力决定于真空灭弧室的特性。介绍了混合型直流真空断路器的典型拓扑结构及其工作原理,对真空电弧理论和真空灭弧室触头结构的研究概况进行了阐述。分析了直流分断中电流波形与交流中的正弦波不同、电流下降率大、燃弧时间可控等特点,得到了其分断能力与换流电流投入时电弧形态和电极状态密切相关的结论。对不同触头结构下的真空电弧形态演化规律,不同条件下的真空灭弧室的强迫换流分断特性与介质恢复规律等实验研究工作进行了综述,最后对直流真空灭弧室的研发进行了展望。     

小型断路器加速灭弧的改进设计与实验分析

针对现有小型断路器MCB(miniature circuit breaker)的基本结构,为了进一步加速此类断路器的灭弧速度,提出了在现有小型断路器灭弧室的磁轭处焊接一个导弧板的方法,使小型断路器在触头分断时电弧被加速引导至灭弧室内,以达到减少分断电弧对动静触头烧损的目的。通过对改进后的小型断路器样机与未改进产品进行了对照实验,使用录波器记录分段过程中电压和电流的波形,提出了通过计算包络线来间接检测灭弧时间的方法,验证了改进方法的有效性与正确性。     

直流真空断路器大电流强迫换流分断特性分析与验证

基于有源强迫换流技术实现的直流真空断路器容易向中高压大容量场合拓展,是直流分断技术发展的重要方向。针对10 kV级直流真空断路器,进一步分析了大电流换流分断特性,并开展了换流分断过程的试验研究。研究结果表明:在燃弧电流峰值23 kA、电弧电流下降率300 A/μs条件下,真空断路器无法在电弧电流零点可靠熄弧分断,且真空间隙的弧后介质恢复过程存在一定的随机性和分散性。为了改善大电流弧后介质恢复特性,提出了串联二极管的直流真空断路器换流分断方案,利用二极管的反向阻断作用为大电流真空电弧提供一段"零休"时间。相同分断参数条件下的对比试验结果显示,在二极管反向阻断期间,尽管真空间隙可能会不断地重复进行"介质恢复–介质击穿–介质恢复"过程,但在此阶段的介质击穿不会导致电弧重燃,真空间隙最终均能在换流电容电压变为正极性前建立足够的介质强度,实现对直流大电流的可靠分断;同时在试验条件下,被试真空断路器弧后至少需要85μs才能完全恢复介质强度。     

频率对低压断路器空气电弧燃弧特性影响的实验研究

永磁直驱风力发电系统要求其保护用空气断路器可以开断较宽频率范围内的短路电流,而电弧动态特性直接影响了断路器的开断性能.为此以微型断路器和塑壳断路器为例,首先开展了不同频率下的电弧开断实验,得到了电弧电流、电弧电压,并计算了整个燃弧期间内的电弧能量、归一化时间和允通能量,研究了频率对表征电弧动态特性的关键物理量的影响规律.其次,定义了归一化时间来表征栅片中的涡流对电弧运动过程的阻碍程度.最后对比分析了不同灭弧室结构对电弧动态特性的影响.结果 表明:随着频率的增加,归一化时间增加,限流系数增加,电弧能量减小,因此,工频下设计的断路器在非工频条件下工作时,应该降容使用.该研究初步揭示了频率对空气电弧动态特性的影响规律,且为宽频断路器的开发和优化提供了理论指导.     

基于MATLAB的电弧模型仿真

开关电器的电弧开断特性是开关电器设计和研制的关键.为了分析断路器开断现象利用MATLAB软件对开关电器电弧开断进行仿真计算.给出了Mayr和Cassie电弧模型方程式,阐述了在MATLAB软件平台上构建电弧模型的原理与方法,最后用Mayr电弧模型对高压断路器电弧开断进行了实例计算.结果表明,这一方法对开关电器电弧开断的定性分析是实用的和有效的.     

12kV真空断路器开断并联电抗器电弧重燃三相建模

在一定的系统条件下真空断路器开断10 k V并联电抗器时,触头间隙可能会产生连续的电弧重燃与熄灭现象,形成危险的过电压。为搭建准确的真空开关仿真模型,以复现断路器的分闸重燃基本特性,简单综述了真空开关仿真模型的研究现状,总结出现有研究的不足。为了消除现有仿真模型的不足,在运行电网上对一种型号的12 k V真空断路器开断并联电抗器进行了一系列的现场试验研究,得到其断口间介质动态绝缘强度恢复曲线和高频电流熄弧特性,利用ATPEMTP搭建了真空断路器分闸电弧重燃模块。考虑电缆三相间的寄生参数,在ATP中搭建了真空断路器开断并联电抗器三相仿真模型,并对现场试验进行了仿真计算,仿真结果与试验结果大致相符。     

双断口真空断路器开断特性的试验与仿真研究

为分析双断口真空断路器的开断特性,建立了双断口真空断路器的合成开断试验平台和基于一种改进真空电弧模型的电磁暂态仿真平台。对开断电流、电弧电压、燃弧时间和瞬态恢复电压(transient recovery voltage,TRV)分配比例等参数进行了试验测量,通过仿真诊断等离子体参数,对试验结果进行了机理分析。结果表明:过长的燃弧时间会导致过大的燃弧能量和转移电荷,可能使电弧发生集聚;高压断口的延迟分闸会造成弧后残余等离子体特性的差异,从而加剧双断口真空断路器TRV分配的不均匀性;这2种情况均不利于开断。此外,双断口真空断路器均压电容的取值除了考虑TRV均匀分布外,还应兼顾弧后阴极表面电场分布的一致性,过大的均压电容反而不利于开断。因此,燃弧时间及其同步控制和合理均压电容值的选取是双断口真空断路器成功开断的关键。     

利用电弧动态数学模型的低压断路器开断过程仿真分析

低压断路器开断过程仿真的关键内容是如何建立开断过程的电弧数学模型,并将其与其它开断过程的物理现象相耦合。通过对虚拟样机软件ADAMS进行二次开发,将电弧动态数学模型应用到低压断路器的开断过程仿真,并结合有限元软件ANSYS,建立了耦合复杂机械运动﹑电路﹑磁场和电弧数学模型的低压断路器开断过程仿真模型。通过将建立的仿真模型应用到一带双向斥开触头系统的塑壳断路器,研究了静触头压力大小对该塑壳断路器开断性能的影响。实验结果表明,利用所提出的仿真模型研究低压断路器的开断过程是可行的。     

低压断路器开断特性的仿真研究

低压断路器广泛应用于工业与民用。现代化的电器研究需要利用计算机求解获得以前依靠实验才能获得的开断波形及性能参数 ,以用于新产品开发、优化设计及模拟实验。建立了基于磁流体动力学的低压断路器开断电弧模型 ,结合对电磁机构动特性的有限元分析 ,计算仿真了低压断路器的开断。结合可视化技术 ,研究了低压断路器开断的可视化仿真。     

无弧限流式混合断路器

本文介绍一种名为混合限流式断路器（Ｈ－ＣＬＩＤ）的简化的直流／交流混合断路器。当主触头处于闭合位置时其两端的电压与机械式断路器为同一数量级,然而限流能力和电流分断能力却几乎与强迫换流的无触点晶闸管断路器相同。和可实现接通和分断功能的混合断路器相比,Ｈ－ＣＬＩＤ的设计却简化多了。在Ｈ－ＣＬＩＤ中使用了可更换触头,这样Ｈ－ＣＬＩＤ又相当于一个熔断器。开发了两个Ｈ－ＣＬＩＤ模型,一个为物理模型,其额定参     

Comparing direct and synthetic tests for interruption ofline-charging capacitive current

Using a validated arc model, this paper analyzes current distortion and voltage waveforms during both direct and synthetic tests for interruption of line-charging capacitive current by power circuit breakers. Although the voltage of the electric arc drawn between breaker contacts may produce significant current distortion, it is demonstrated that the most significant parameter affecting the breaking capacity of power circuit breakers in capacitive-current switching tests is the voltage jump appearing across breaker contacts immediately after current interruption. It is essential to correctly define the supply circuit impedances and the associated voltage jump so as not to reduce or increase this test severity unduly     

新型灭弧系统对背后击穿现象的抑制作用

传统观点认为低压限流断路器的开断电弧进入灭弧室后,电弧就熄灭。近年来通过现代测试设备发现了开断电弧在灭弧室内外的多次转移,即背后击穿现象,降低了开断性能。本文介绍了一种应用于限流断路器的新型混合式灭弧系统,进一步对影响开断性能的不同材料、不同窄缝宽度进行试验。实验证明,新型的灭弧系统不仅有效地抑制了背后击穿现象的发生,而且进入灭弧室的电弧始终具有平稳的较高电弧电压,有效地提高了限流断路器的开断性能     

考虑湍流影响的高压SF6断路器喷口优化设计

高压SF6断路器喷口结构对断路器开断特性影响极大。在已取得的SF6断路器喷口中的湍流及其对介质恢复特性影响的前期研究成果基础上,充分考虑利用湍流对喷口内超音速气体流速的控制作用,来提高介质强度恢复速度的思想。以具有多级放-收的550kVSF6断路器为研究对象,以其喷口型面结构参数为优化变量,采用POWELL算法并加以改进作为优化策略,实现对喷口结构的优化设计。对优化后喷口结构在空载开断下的数值模拟结果表明,其介质恢复特性满足冷气流开断特性要求。     

低压电器研发工作的若干动态

智能电网、节能减排和可再生能源要求推动了近期低压电器的研发工作。介绍了相关方面的若干动态,包括紧凑型万能式断路器的优化及其可靠性的提高,直流开断技术,气吹与灭弧室的优化,节能与智能接触器的新方案,以期对低压电器的开发提供参考。     

低压电器仿真与数字化设计技术的进展

实现节能减排要求开发小尺寸、高性能的低压电器,也促进了仿真与数字化设计技术的进展。当前低压电器的仿真技术正向多场域综合仿真、磁流体动力学电弧数学模型的应用、低压断路器分断全过程仿真等几个方面发展,并严格按国家标准要求进行;最后用实例辅以证明。     

直流开断技术的进展与新型直流断路器

提出了直流系统对直流开断的新要求,分析了直流开断与交流分断的区别。同时介绍了几种直流开断新技术与新型直流断路器,包括无极性直流断路器、由交流派生直流断路器、密封充气式直流开关、自励振荡人工零点直流断路器,理清了直流开断技术的进展。