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。     

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。     

SF6自能膨胀式断路器开断大电流过程的数值模拟与分析

在建立喷口电弧与喷口烧蚀蒸气相互作用的数学模型基础上,应用有限元方法数值模拟了SF6自能膨胀式断路器开断大电流的过程,计算并分析介质恢复过程.研究结果表明:膨胀室内压力的建立与燃弧过程密切相关,第二个电流半波的燃弧过程,对压力的影响较第一个电弧电流半波的大,是压力建立的关键过程.电流过零后灭弧室气流特性主要为:由于膨胀室内气流的作用,喷口喉部内形成一滞止区,弧隙间的温度迅速下降,喷口下游气流逐渐发展成超音速流.介质强度恢复特性表现为迅速上升的过程,而后为缓慢上升的过程;开断电流减小,介质强度恢复的速度快,介质强度高.     

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。     

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。     

大电流真空电弧开断过程瞬态特性仿真分析

针对开断过程中传统稳态模型无法表征真空电弧动态特性问题,以工频电流下开断峰值为10 kA大电流真空电弧为研究对象,搭建等离子体弧柱区二维物理模型,在已有双温磁流体动力学稳态模型中引入密度、温度、压力及速度等流场参数时变项,同时利用动网格技术控制弧柱区变化速率,模拟触头分闸过程,综合考虑电流及开距变化情况下等离子体各物理场参数变化,以获取开断时电弧微观流场瞬态特性,探究开断过程中电弧形态及能量变化。分析结果可知：离子压力、温度、电子温度和阳极表面能流密度均随动、静触头分离而减小;离子速度无明显变化;等离子体不断向外扩散,由于电流减小,金属蒸汽源也逐渐减少,极间等离子体密度降低,阳极尚未达到活跃程度,最终电弧熄灭。     

发电机断路器实时数字仿真建模

通过引入可变电阻模型的方式,实现了电弧电阻模拟电弧电压的思路,在RTDS仿真环境中搭建了发电机断路器模型,并以该模型为基础,搭建了发电机源三相接地故障仿真网络。以具有最大非对称度的某相为例,分别仿真研究了发电机源三相接地故障后,不考虑发电机断路器开断过程中电弧电阻以及故障位置电阻时、仅考虑故障位置电阻时以及仅考虑发电机断路器开断过程中电弧电阻时,该相短路电流变化。最后,利用RTDS/RSCAD的Playback录波回放功能,分析比较了不同状况下的仿真结果,从而得出电弧对发电机断路器电源侧短路电流的影响。仿真结果可作为确定发电机断路器电源侧短路电流开断能力的参考依据。     

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。     

ZF12—72．5／126／145型全封闭组合电器

产品特点：1、优越的开断性能 断路器采用自动灭弧原理的灭弧室,由于采用了优化设计的喷口,利用喷口的“堵塞”效应,在开断过程中充分利用电弧自身能量加热膨胀室中的SF6气体,在电流过零时吹熄电弧。与通常的压气式灭弧室相比,大大减小了机构的操作功率,缩小了灭弧室的尺寸,具有更强的开断各种故障电流的能力。     

SF6断路器灭弧室内短路电流开断过程仿真研究

SF₆断路器灭弧室为封闭式结构,难以直接观测到开断过程灭弧室内各物理场的变化情况,为此建立灭弧室内开断过程的电-热-流体多物理场耦合仿真模型,研究开断过程中各物理场的变化规律。研究发现：当电流在开距较小时过零易导致电弧重燃,电弧的熄灭必须具备足够的吹弧气流速度与介质恢复强度;在开断30 kA短路电流时,电弧最高温度约18 000 K,熄弧后弧隙温度迅速降低到3 000 K以下;压气缸内气体压力随触头运动逐渐增大,最大可达1.0 MPa;吹弧气体速度随喷口的打开逐渐增大,最大速度为253 m/s,冷态气体会带走大量电弧能量并不断压缩电弧半径,为电流过零创造有利的熄弧条件;弧隙最大电场强度随间隙距离与电压变化,一般出现在静弧触头端部与动弧触头弧角处。研究结果可为SF₆断路器短路开断过程与机理分析提供理论支撑。     

短路开断 SF_6 断路器灭弧室内热气流场数值分析

采用ＦＬＩＣ法计算了短路开断时ＳＦ６断路器灭弧室内热气流流场的分布，较好地模拟了灭弧室内的移动部件在开断过程中的移动情况和电弧电流的变化特性，分析了电弧与气流的相互作用情况，说明了电弧阻塞效应对气流特性的影响。     

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。     

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。     

分离极板法对开断电弧动态信息的测量研究

为更好地了解电弧的特性,对断路器进行改进,提出了使用分离极板法对低压断路器开断电弧的动态信息进行测量,并对新型强限流断路器的分断特性进行了研究。该研究有助于深入了触电弧特性,改进断路器的分断性能。     

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。     

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.