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C4F7N/CO2混合气体断路器动态电弧零区特性及影响因素研究

C4F7N/CO2混合气体断路器动态电弧零区特性及影响因素研究

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作者：李雪沈阳工业大学

学位级别：硕士

抑制电弧产生和发展是高压开关领域研究的关键问题。SF因其电负性极强,易于捕获自由电子形成负离子而被广泛应用于高压开关中。近年来随着人们环保意识的提升,SF带来的温室效应受到关注,因此寻找SF替代气体成为当前亟待解决的问题。相比... 详细信息

抑制电弧产生和发展是高压开关领域研究的关键问题。SF因其电负性极强,易于捕获自由电子形成负离子而被广泛应用于高压开关中。近年来随着人们环保意识的提升,SF带来的温室效应受到关注,因此寻找SF替代气体成为当前亟待解决的问题。相比于SF,新型环保气体CFN在大气中存在寿命短,温室效应远低于SF,因而备受关注。由于CFN易于液化,常常与缓冲气体混合使用以降低液化温度,CO成本低、易于获得,是当前主要采用的缓冲气体。因此对CFN/CO混合气体的电弧特性研究对新型环保气体开关的研发尤为重要。零区是交流电弧熄灭的关键,处于零区的电弧参数变化速率快,热电过程直接影响了弧后介质的重燃,因此提取零区电弧特性、分析CFN/CO混合气体零区复杂的电热行为及影响因素,对研究SF替代气体的熄弧有重要意义。本文综述了当前SF替代气体的研究现状,基于交流电弧开断的基础理论和真实产品灭弧室结构,以CFN/CO混合气体和SF气体为研究对象,建立了二维轴对称电弧模型,考虑了湍流作用对电弧发展的影响,对电场、气流场和温度场进行了耦合求解。仿真首先研究了CFN/CO混合气体和SF气体电弧稳态燃烧阶段的电弧形态、电弧电导及电弧电压和温度分布等参数,通过对稳态阶段的研究获得零区电弧输入参数。接下来从零区电弧形态、电弧电导及电弧电压参数和温度分布进一步对CFN/CO混合气体和SF气体零区电弧进行对比分析。结果表明CFN/CO混合气体的零区电弧形态及温度分布和SF高度相似,但相比于SF,CFN/CO混合气体零区电弧电压较低,零区电弧电导较高。最后通过对比SF分析了10%CFN/90%CO混合气体以及5%CFN/95%CO混合气体在5atm下的零区电弧电压及电弧电导;探讨在不同气压下CFN/CO混合气体电弧行为及物理场变化,结果表明在5atm充气压下,10%CFN/90%CO气体电弧电压和电弧电导变化更接近SF;适当提高充气压有利于CFN/CO混合气体灭弧性能的提升。本文的仿真结果为研究SF替代气体灭弧及新型环保断路器的研发提供一定的参考。

关键词： SF6替代气体 C4F7N/CO2混合气体零区电弧特性多物理场耦合磁流体动力学(MHD)

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