不同驱弧方式下直流空气断路器全动态电弧特性研究
发布时间：2020-11-18 03:46
二十一世纪以来,直流输配电技术得到了空前的发展和长足应用,大功率直流电源的快速发展,也对相应的电器设备提出了更高要求。直流空气断路器,作为低压开关电器的主导产品,主要用于故障隔离、开断正常条件或非正常条件下的电流,并为负载提供保护。低压配电系统广泛采用塑壳断路器为负载设备提供过载及短路保护,负责电路的正常接通及故障开断。随着电压水平的不断提高,现有的空气直流断路器受到了开断容量等关键参数的限制,电弧快速、可靠熄灭变得极其困难,已经不能满足当前我国直流配电系统及工程应用对断路器大容量、小型化、长寿命的需求。因此,研究和掌握影响电弧调控的因素并找到行之有效的电弧驱动方式,以此来指导和改进直流空气断路器产品的研发设计,具有较好的现实意义。本文制作了直流空气断路器样机并搭建开断实验平台,在内置产气材料与外施磁场两种驱弧条件下完成特定回路的开断实验,采集并分析了电弧的相关数据和动态电弧图像。根据样机模型,基于磁流体动力学(MHD)理论和相关假设,运用COMSOL Multiphysics软件建立了二维直流空气断路器电弧仿真模型。采用移动网格技术将灭弧室模型内动触头的运动简化模拟为匀速圆周运动,分别完成了不同大小磁场作用下的模型开断电弧仿真,得到电弧变化的全动态过程。通过对比分析灭弧室内各物理场、洛伦兹力、电导率分布对弧压、弧流等电弧参数影响,揭示了电弧动态演变、“双弧根”和弧根跃迁等现象产生的根本原因,并与同等条件的实验结果进行了比对,论证了仿真模型的正确性。通过更改模型参数和入口边界条件,仿真研究了不同压强大小的气流流入对空气断路器灭弧室内电弧的影响,并于不同外施磁场时的电弧动态特性进行了对比;同时增大模型开断的回路电压,探究了模型在磁场驱动下开断较大电压回路时电弧演变过程。证明了本仿真模型具有良好的可拓展性,能够实现以仿真手段正确地指导断路器灭弧室的设计和实验的开展。仿真与实验结果表明:本文模型较好地揭示了直流空气断路器灭弧室内电弧发展的全动态过程,及电弧动态变化的各影响因素,从气流和磁场两方面探究了电弧驱动的有效手段,对于设计并改进断路器内灭弧室结构有一定的指导意义。
【学位单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM561.2
【部分图文】：
图 2.1 电弧构成示意图Fig. 2.1 Schematic diagram of arc composition和近阳极区中间的电弧称作弧柱，是因的带电粒子（电子和离子数密度大于 10动态平衡，正负粒子的总电荷量也处在。由于空间电荷仅存在于弧柱区两端的段导体，其内电场强度相当低（小于数小以及压力、温度等环境因素有关。，电弧可分为亮度较高的内部弧柱部分，是电流的通道；外层光圈是分子受热没有形成电流通路。所以，理论上所说的关，如：电流大小、气隙介质种类、触头同环境因素下，电弧弧柱越粗其能量越
路器样机改造与实验平台的搭建展开，完成了特定条件下的样机开断实结果进行了分析和总结。实验所使用的直流空气断路器样机经由某型塑而来，进行了可视化处理；样机接入直流阻性实验回路；采用 Sony 相机摄动态电弧发展过程；采用基于 LabVIEW 软件设计的数据采集系统l Instrument 公司的 USB6356 型高速采集卡实现对电压、电流传感器数过实验平台分别完成了内置产期材料气吹熄弧和外置磁块磁吹熄弧条件等级的开断实验。流空气断路器样机制作验用直流空气断路器样机是一种塑壳断路器，其外壳为不透明硬质塑料尾部设有出气孔。为了观测到电弧的动态发展过程，必须对样机进行改大化程度保留其内部的气流场结构不被破坏。如图 3.1 所示，本文首先对，确定灭弧室观测区域尺寸和位置，并定制了一块5cm×4cm大小，厚度为弧室壁保持一致）的高透亚克力板。
图 3.2 电弧观测视窗Fig. 3.2Arc observation window电弧实验平台设计弧实验平台总体分为三大部分，分别是。图 3.3 是实验平台示意图，图 3.4 是图 3.3 实验平台示意图ig. 3.3 Schematic diagram of experiment platfo
【相似文献】
本文编号：2888288
【学位单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM561.2
【部分图文】：
图 2.1 电弧构成示意图Fig. 2.1 Schematic diagram of arc composition和近阳极区中间的电弧称作弧柱，是因的带电粒子（电子和离子数密度大于 10动态平衡，正负粒子的总电荷量也处在。由于空间电荷仅存在于弧柱区两端的段导体，其内电场强度相当低（小于数小以及压力、温度等环境因素有关。，电弧可分为亮度较高的内部弧柱部分，是电流的通道；外层光圈是分子受热没有形成电流通路。所以，理论上所说的关，如：电流大小、气隙介质种类、触头同环境因素下，电弧弧柱越粗其能量越
路器样机改造与实验平台的搭建展开，完成了特定条件下的样机开断实结果进行了分析和总结。实验所使用的直流空气断路器样机经由某型塑而来，进行了可视化处理；样机接入直流阻性实验回路；采用 Sony 相机摄动态电弧发展过程；采用基于 LabVIEW 软件设计的数据采集系统l Instrument 公司的 USB6356 型高速采集卡实现对电压、电流传感器数过实验平台分别完成了内置产期材料气吹熄弧和外置磁块磁吹熄弧条件等级的开断实验。流空气断路器样机制作验用直流空气断路器样机是一种塑壳断路器，其外壳为不透明硬质塑料尾部设有出气孔。为了观测到电弧的动态发展过程，必须对样机进行改大化程度保留其内部的气流场结构不被破坏。如图 3.1 所示，本文首先对，确定灭弧室观测区域尺寸和位置，并定制了一块5cm×4cm大小，厚度为弧室壁保持一致）的高透亚克力板。
图 3.2 电弧观测视窗Fig. 3.2Arc observation window电弧实验平台设计弧实验平台总体分为三大部分，分别是。图 3.3 是实验平台示意图，图 3.4 是图 3.3 实验平台示意图ig. 3.3 Schematic diagram of experiment platfo
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本文编号：2888288
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