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高电压技术 2019年第8期45卷 2434-2443页

作者：刘晨阳胡四全韩坤户永杰张磊姚为正国家电网许继集团有限公司许继柔性输电系统公司许昌461000 西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049

为研究混合式高压直流断路器分断条件下的各组件表面电场分布情况,建立了±535k V混合式高压直流断路器3维模型,并利用静电场分析软件Ansoft对断路器阀塔结构进行了电场仿真计算。仿真结果表明:当故障电流产生时,直流断路器关断,此时在... 详细信息

为研究混合式高压直流断路器分断条件下的各组件表面电场分布情况,建立了±535k V混合式高压直流断路器3维模型,并利用静电场分析软件Ansoft对断路器阀塔结构进行了电场仿真计算。仿真结果表明:当故障电流产生时,直流断路器关断,此时在阀塔屏蔽罩的倒角位置有最大电场1.8×10~6 V/m,小于空气的起晕场强3×10~6V/m。对于不同阀层布置的阀组件来说,随着阀层的增加,其表面最大电场分布表现为先降低后升高的趋势;避雷器MOV组件的电场分布表现为中间部位最高,约为2×10~5~5×10~5 V/m。断路器在分断时,阀塔各金具表面电场强度断路器能够在过流关断条件下工作正常,且断路器各组件绝缘特性保持良好。

关键词：混合式直流断路器 ±535 kV 分断条件电场分布绝缘特性阀塔

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直流接触器分断过程中弧根演变及对重燃的影响分析

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中国电机工程学报 2019年第4期39卷 1241-1251页

作者：李静刘凯曹云东侯春光刘树鑫特种电机与高压电器重点实验室(沈阳工业大学电气工程学院) 辽宁省沈阳市110023

直流接触器灭弧室中弧根的演变对其开断性能有重要的影响。该文搭建实验平台,采用高速相机拍摄了磁场作用下金属栅片式直流接触器开断过程中的弧根转移过程,并基于磁流体动力学理论,建立空气电弧数学模型,对电弧等离子体鞘层进行假设,... 详细信息

直流接触器灭弧室中弧根的演变对其开断性能有重要的影响。该文搭建实验平台,采用高速相机拍摄了磁场作用下金属栅片式直流接触器开断过程中的弧根转移过程,并基于磁流体动力学理论,建立空气电弧数学模型,对电弧等离子体鞘层进行假设,并且在计算中耦合分断回路方程。通过对温度场、电流密度、电导率和气压分布的仿真分析,得到分断过程中弧根转移产生的根本原因,在现有的仿真条件下研究分断速度、差异外施横向磁场对弧根演变规律的影响。结果表明:在一定范围内,灭弧室入口区磁场大于栅片区时,弧根转移加速,熄弧时间缩短;由于灭弧室入口两侧气流漩涡的存在,当分断速度较小时,阳极弧根运动至引弧片时会出现停滞现象,该停滞现象随着分断速度的增大而消失,并且燃弧时间缩短,仿真与实验观测结果较为一致。本文的研究对提高直流接触器分断能力,优化灭弧室结构具有一定的意义。

关键词：直流接触器磁流体动力学分断条件弧根运动电弧演变

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电动汽车用直流接触器电弧特性仿真研究

电动汽车用直流接触器电弧特性仿真研究

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作者：王雨沈阳工业大学

学位级别：硕士

近年来,电动汽车及其充电设备的高速发展,带动着其关键电气元器件之一的直流接触器的需求也在高速增长。电动汽车所使用的直流接触器要求工作电压高、体积小并且工作稳定性可靠,传统的直流接触器已经不能达到现阶段电动汽车的要求,研发... 详细信息

近年来,电动汽车及其充电设备的高速发展,带动着其关键电气元器件之一的直流接触器的需求也在高速增长。电动汽车所使用的直流接触器要求工作电压高、体积小并且工作稳定性可靠,传统的直流接触器已经不能达到现阶段电动汽车的要求,研发设计一款同时具备大功率、小体积、分断性能更好的直流接触器已刻不容缓。直流接触器在开断大电流时会有强烈的电弧产生,而直流电弧又不同于交流电弧存在自然过零点,这使直流电弧的熄弧过程变得更加困难。因此,研究和掌握不同分断条件下电弧的演变规律,寻求缩短燃弧时间的有效措施,以此来指导和改进电动汽车用直流接触器产品的研发设计,具有重要的现实意义。本文基于磁流体动力学理论(MHD),运用COMSOL Multiphysics软件建立了直流电弧等离子体的数学模型,该模型同时耦合了气流场、电磁场、温度场等多物理场过程。在灭弧室仿真模型中内充氢气介质,并在电极两端耦合外部电路,同时利用移动网格技术模拟动触头的移动过程,对电动汽车用直流接触器灭弧室内分断电弧的整个演变过程进行了仿真分析。并在现有仿真条件下,分别对不同影响因素下分断电弧的动态过程进行了仿真。根据仿真结果,系统地研究了不同的外施磁场强度、不同的分断速度以及不同的电流等级等关键因素对电弧运动状态及电弧弧压的影响,从而总结出不同外在因素对电弧演变过程的影响规律。文章同时还分析了电动汽车用直流接触器灭弧室中内充不同气体介质时电弧的动态特性,对内充N、混合气体H:N(2:3)以及混合气体H:N(3:2)介质下灭弧室中分断电弧的过程进行了仿真,研究了灭弧室内充不同介质对灭弧的影响,并与灭弧室内充H介质时相对比。本文的研究对于缩短电动汽车用直流接触器的燃弧时间,提高其分断能力,优化灭弧室结构有一定的意义。

关键词：电动汽车直流接触器电弧演变分断条件灭弧介质

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大功率直流接触器电弧仿真及实验研究

大功率直流接触器电弧仿真及实验研究

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作者：刘凯沈阳工业大学

学位级别：硕士

近年来,新能源及电动机车的快速发展对直流开关电器分断负载或故障条件下直流电的能力提出了更高的要求,传统的直流开关电器已经不能满足其使用要求,如何设计大功率、小体积、分断性能更好的直流开关电器已刻不容缓。含触点的直流接触... 详细信息

近年来,新能源及电动机车的快速发展对直流开关电器分断负载或故障条件下直流电的能力提出了更高的要求,传统的直流开关电器已经不能满足其使用要求,如何设计大功率、小体积、分断性能更好的直流开关电器已刻不容缓。含触点的直流接触器在分断过程中会难以避免的产生电弧,而功率增加必然会增大电弧能量,使熄弧难度加大,并且相对于交流电弧,直流电弧没有过零点,其熄灭更加困难。因此合理设计直流接触器的灭弧系统,缩短燃弧时间,对于增大容量、减小体积、提升开断能力、延长使用寿命,具有极其重要的现实意义。本文基于磁流体动力学理论(MHD),建立了直流空气电弧等离子体的数学模型,通过对电弧等离子体鞘层条件进行假设并在电极两端耦合分断回路,同时考虑计算过程中的网格变化,针对金属栅片式直流接触器灭弧系统内分断电弧整个演变过程进行了仿真。获得了起始电弧在触头间隙运动、弧根由触头转移到引弧片、弧根沿引弧片运动和电弧被金属栅片切割为多段短弧进而熄灭的全动态电弧演变过程。通过对温度、气流、电流密度、电导率、密度和气压等分布场的分析,得到了分断过程中阴极弧根转移、阳极弧根停滞和电弧背后重击穿现象产生的根本原因。通过分析灭弧室入口区和栅片区的外施磁场分布与电弧所受磁场力的关系,得出磁场对弧根转移的影响。并在现有仿真条件下,分别研究了不同外施磁场分布、不同分断速度和不同金属栅片结构对分断电弧整个演变过程的影响。为验证仿真结果,搭建实验平台,并设计实验样机,采用高速相机拍摄了磁场作用下金属栅片式直流接触器分断过程中的电弧图像,记录了分断电弧的动态行为特性,并分析了不同磁场分布对电弧动态行为特性的影响。将实验观测结果与相应条件下的仿真结果进行对比,二者结果具有一致性。本文的研究对于提高直流接触器的分断能力,优化灭弧室结构有一定的意义。

关键词：直流接触器电弧模型分断条件电弧演变电弧调控

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