低压限流断路器背后击穿现象的数值模拟研究

低压限流断路器是广泛应用于工业与民用的低压电器。它采用多个栅片的灭弧室,利用近极压降将进入到灭弧室中的电弧电压提升到一个较高的值,从而在开断电路的同时还起到对短路电流的限制。但目前发现在开断过程中电弧反复进出灭弧栅片的背后击穿现象引起电弧电压的突降,降低了开断性能。根据实际开断物理过程,建立了以热击穿为主的背后击穿物理模型,运用气流场,结合热场、磁场与电流分布,计算模拟了低压限流断路器在开断过程中电弧运动状况与背后击穿现象。     

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。     

耦合磁场直流空气断路器栅片特性对灭弧性能的影响研究

栅片材料与结构对断路器的灭弧性能有着重要的影响。该文建立了永磁体作用下灭弧室内磁场的计算模型与电弧磁流体动力学（MHD）模型,实现了两者的耦合。在此基础上,对永磁体作用下栅片材料与栅片结构对电弧动态特性的影响进行了仿真,同时考虑电源极性的影响,得出了永磁体作用下灭弧室内磁场的空间分布、电磁耦合作用下灭弧室内温度分布与气流分布,提取了灭弧室内平均温度与电弧燃弧时间等关键参数,讨论了栅片材料与栅片结构对电弧特性的影响。结果表明,外施磁场作用下铁栅片会造成灭弧室内磁短路现象。相同仿真条件下,含铁栅片的灭弧室燃弧时间最长;动触头作为阳极更有利于弧根跃迁,燃弧时间缩短;当分断电流相同时,铜-绝缘栅片对电弧的冷却效果最佳;栅片倾角可以改变气流场分布,从而影响燃弧时间。     

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     

SF6断路器电弧电流过零后介质强度恢复特性数值计算

从实际ＳＦ６断路器灭弧室的基本结构出发，采用ＦＬＩＣ法计算了断路器在短路开断过程中灭弧室内热气流的流动特性。在计算中成功地加入了电弧模型，较好地模拟了电弧对气流的作用，对不同燃弧时间对气流特性的影响了计算分析，并应用流注理论获得了不同燃弧时间下的介质强度恢复特性。     

基于FLUENT的低压分断电弧仿真

在计算流体动力学(CFD)商用软件包FLUENT的基础上进行了二次开发,采用了磁流体动力学(MHD)理论,针对低压断路器灭弧室的简化模型,建立了相应的电弧仿真数学模型.对灭弧室内电弧的整个运动过程进行了仿真计算,并分析了电弧运动过程中一些相关量变化.     

SF_6断路器开断能力数值预测方法研究综述

综述了SF6断路器极限开断能力以及介质开断能力的数值预测方法的最新研究进展。电流过零前200 ns的电弧电导(G200)是判断断路器热开断能力的一个重要参数,为计算G200,对电弧特性进行模拟,在燃弧阶段采用磁流体动力学模型,而在接近电流零区采用Mayr模型,从而建立相应的电路模型来确定电弧时间常数和电弧功率损耗系数等参数,以分析高压断路器的热开断能力。为判断电击穿能力,需要根据电弧过零时灭弧室内的每一点的压力和温度值,确定对应点的临界击穿场强分布Ec,同时计算在暂态恢复电压作用下灭弧室内的电场分布Ea,然后通过比较灭弧室内各处Ea和Ec的值,就可以判断出灭弧室内不同区域电击穿几率的大小。     

自能式SF_6断路器在不同气压下的开断过程

对自能式SF_6断路器在不同气压下的开断过程进行了分析,得到了不同气压下操动机构的运动特性、膨胀室的状态参数、灭弧室内的气流场和电弧的动态特性.部分计算结果与试验值进行了比较,二者基本吻合.     

考虑外施磁场的半密闭灭弧腔室内冲击电弧运动过程分析

由多个半密闭灭弧腔室串联而成的多腔室结构将雷击闪络的长电弧分割成数段短电弧,且灭弧腔室产生的高速气流有着强烈的吹弧作用,可有效抑制雷电闪络电弧的燃烧。针对单个灭弧腔室性能不足的问题,建立了考虑外施磁场的灭弧腔室内冲击电弧模型,研究了腔室内冲击电弧运动特性并借助淬弧试验验证了仿真模型的正确性,在已有腔室结构基础上研究半密闭灭弧腔室内冲击电弧运动特性及外施磁场加速效应的影响因素。结果分析表明外施磁场对腔室内冲击电弧的运动有加速作用,并且磁场越强,作用效果越明显;同时在外加磁场作用下优化腔室结构参数对电弧运动速度提升起到协同作用。     

大容量SF6压气式断路器灭弧室中瞬态热气流场的数值模拟

提出了一种分析发生在压气式断路器开断过程中灭弧室中气体流动的计算模型.并用一种新的差分法即改进型FLIC法编制程序计算了550kV双断口压气式SF6断路器在空载及负载工况下灭弧室内的气体流动,通过对比分析,得出了电弧对灭弧室内气流特性的影响.     

低压断路器开断过程中触头间隙重击穿现象的研究

传统的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。但近年来，人们通过采用现代测试手段，发现断路器的中开断电弧是经过多次重燃后才熄灭的，即电弧在灭弧与触头间隙之间经反复转移才趋于息灭，这种现象造成电弧电压的多次骤降，延长燃弧时间和增大了允通能量∫ｉ＾２ｄｔ，影响断路器的开断性能。介绍检测这种现象的实验手段。这种现象存在机理和为了改善低压断路器开断特性而采用的有效措施。     

压气式SF6断路器短路开断过程中气流特性的数值模拟

本文提出了一种短路开断时压气式灭弧室内气流特性的模拟方法，解决了灭弧室内具有移动边界和热源项的复杂流场的计算问题。并将其应用于ＯＦＰＴＢ型ＳＦ６断路器中，获得了灭弧室内ＳＦ６气体在短路开断过程中的变化特性。     

稳态燃弧SF6断路器灭弧室内热流场有限元分析

本文提出了计算稳态燃弧时ＳＦ６灭弧室内的热气流流场的新的有限元算法，并用此方法计算了灭弧室内电弧与气流的耦合流场，通过主要参数变化情况的分析，说明了电弧阻塞效应对电弧与气流相互作用产生的影响。     

SF_6自能灭弧断路器中蓄压阶段灭弧室内压力的计算

本文提出了ＳＦ６自能灭弧断路器在燃弧阶段灭弧室内压力的计算方法，并用实验压力测量．证实了计算结果。讨论了几种主要参数（如体积、阻塞时间、磁场）村压力变化的影响。本文提出的计算方法对开发这类断路器有一定的实用价值。     

基于分合闸电气量的真空断路器灭弧能力在线检测研究

高压真空断路器灭弧性能的退化易导致断路器触头动作过程中持续性电弧的产生,将会破坏触头表面粗糙度,导致滞后分合闸时间,严重时会引发击穿爆炸事故。因此,亟待开展高压真空断路器灭弧性能监测研究。现有对高压真空断路器灭弧性能的研究主要采用对灭弧室真空度的测量,但是存在测量周期较长、无法保证气密性等问题。通过分析灭弧室内熄弧原理,发现根据介质恢复时电弧电阻对电弧电流衰减特性的影响可以反演灭弧室内的熄弧水平。据此提取电弧电流趋势项作为灭弧能力的表征量,提出了一种仅基于电气量的高压真空断路器灭弧能力在线检测方法。该方法具有能够快速实时监测及测量手段安全的优势,现场实测数据及数字仿真验证了其有效性。     

模拟低压限流断路器开断特性的数值方法及其应用

本文提出一种用以模拟低压断路器开断特性的数值方法,它把开断过程分为快速机构动作、电弧停滞、电弧运动和熄弧等几个阶段。在机构动作过程中,采用了磁场、瞬态电路和机械运动方程相耦合的求解方法,计算中考虑了触头间的电动斥力和热脱扣器及其它元件的内阻,电弧数值模型基于实验,这些都导致开断过程计算结果和实测结果比较一致。文中还介绍了提出的模拟方法在预测断路器限流特性、选择最佳结构参数及开断波形数值分析方面的应用。     

压制栅片灭弧室内开关电弧的动态特性和改善限流特性的测量结果

据文献和笔者的试验可知,一台断路器起良好限流作用的决定性阶段是在灭弧室内触头断开后,电弧自触头开始运动的阶段。改善限流特性时,必须以达到实际上不受限制的分断能力为目的。为使电弧自触头尽可能快地转入压制的灭弧室内,可以利用(空气的)增压比和流量比。这可通过适当的灭弧室结构或采用拉瓦尔喷嘴结构来实现。现将试验研究叙述如下。一、在模型装置上的试验研究     

低压限流断路器的灭焰问题

论述低压限流式栅片灭弧断路器的飞弧与灭焰问题。根据交、直流电弧熄灭原理，阐明了断路器栅片装置的限流与灭弧过程，栅片装置的飞弧与灭焰问题。举出几种典型的灭焰器进行分析比较，讨论了灭焰器结构、材料对灭焰和开断能力的影响。最后，引用西门子公司近年的研究结果，验证了本文所作的分析。     

基于多物理场耦合的高压SF6断路器混沌电弧模型

以高压SF6断路器电弧数学模型为基础,利用二维傅里叶级数的收敛性质,将模型中的涡量变量、温度变量作为混沌特征量,根据边界条件进行二维傅里叶级数展开,得到了描述高压SF6断路器电弧的混沌特性方程,得到反映混沌特征的Lyapunov指数图、时间历程图,以此表征高压SF6断路器电弧存在混沌特性。为进一步反映高压SF6断路器灭弧室内电场、磁场、气流场间的耦合作用,引入麦克斯韦电磁方程和电流密度方程,对SF6断路器电弧的不稳定性进行分析,得到SF6断路器电弧三阶常系数非线性微分方程。通过改变方程中的SF6断路器电弧参数值,系统呈现出混沌行为。     

塑壳断路器不同结构触头灭弧系统吹弧磁场的分析

对塑壳断路器内部的触头灭弧系统结构进行改动,其触头打开电弧燃烧时的吹弧磁场亦会有相应的改变。应用三维有限元软件ANSYS分析了4种不同触头灭弧系统结构的吹弧磁场,对比了4个模型在通以相同电流的情况下,电弧中心线的磁感应强度B以及电弧受到的磁吹力。为增强吹弧磁场的磁吹力、提高触头灭弧系统的灭弧性能提供了方法和思路。