真空間隙與CO2氣體間隙串聯(lián)的混合斷路器靜態(tài)特性仿真與試驗(yàn)研究.pdf

1、隨著人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的逐漸加強(qiáng)，減少或禁止溫室效應(yīng)氣體的使用成為人們的共識(shí)。SF6氣體具有優(yōu)異的電氣特性但同時(shí)也有嚴(yán)重的溫室效應(yīng)，因此研制一種環(huán)保型斷路器成為當(dāng)下研究的熱點(diǎn)問題。常見氣體中 CO2氣體由于其性質(zhì)穩(wěn)定且滅弧性能相對(duì)較好，作為潛在SF6替代氣體受到了廣泛關(guān)注。若能將真空間隙與CO2氣體間隙串聯(lián)組成混合斷路器，利用真空間隙補(bǔ)償 CO2氣體間隙滅弧性能較差的缺點(diǎn)，增強(qiáng) CO2氣體間隙的開斷能力，使混合斷路器的開斷能力媲美SF6氣

2、體斷路器，對(duì)環(huán)保型斷路器研制具有重要的研究意義與研究價(jià)值。本文針對(duì)真空間隙與CO2氣體間隙串聯(lián)開斷時(shí)CO2氣體開斷能力不足的問題從混合斷路器電場分布、CO2氣體氣流場特性與 CO2氣體絕緣和固有介質(zhì)恢復(fù)特性三個(gè)方面開展研究，期望對(duì)環(huán)保型斷路器的研制與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供經(jīng)驗(yàn)和借鑒。本文的主要工作內(nèi)容和成果如下：
　　針對(duì)混合斷路器的布置方式問題，搭建了真空間隙與CO2氣體間隙串聯(lián)的混合斷路器模型，然后對(duì)搭建的混合斷路器模型進(jìn)行電場數(shù)值分析

3、。利用子模型技術(shù)用空氣域的電位進(jìn)行邊界插值，然后對(duì)子模型進(jìn)行仿真分析，以達(dá)到提高計(jì)算精度的目的，為電場仿真計(jì)算提供一種新的仿真思路。仿真結(jié)果表明45°斜角布置且氣體間隙在上的布置方式最為符合混合斷路器分壓特性的要求。此外，如在真空間隙并聯(lián)電容可以調(diào)節(jié)兩間隙的分壓比例，防止某一間隙分壓過大引起擊穿。
　　針對(duì) CO2氣體燃弧時(shí)間較長的問題，對(duì)不同噴口結(jié)構(gòu)的 CO2氣體氣流場進(jìn)行仿真分析，發(fā)現(xiàn)適當(dāng)增長喉部長度可以使氣體流速在開斷過程中

4、較長時(shí)間都處于較大值。通過對(duì)不同氣缸半徑的氣流場進(jìn)行了仿真分析，發(fā)現(xiàn)增大氣缸半徑可以增大噴口處的氣體流速，氣缸半徑越大選取的三個(gè)觀測點(diǎn)的氣流最大值就越大。增大氣缸半徑可以有效增大氣流場流速，因此使用 CO2氣體作為滅弧介質(zhì)可以考慮增大氣缸半徑。
　　針對(duì)CO2氣體的絕緣特性和弧后介質(zhì)恢復(fù)特性，對(duì)不同氣體壓力、不同間隙距離下的 CO2氣體進(jìn)行工頻耐壓和雷電沖擊耐壓試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：CO2氣體在氣壓為0.2MPa、間隙距離為2mm時(shí)

5、工頻擊穿電壓為14.2kV，正負(fù)極性雷電沖擊擊穿電壓均為35kV左右，當(dāng)氣體氣壓升高到1.0MPa、間隙距離增大到6mm時(shí)工頻擊穿電壓為69kV，正負(fù)極性雷電沖擊擊穿電壓均為125kV左右；搭建了用于固有介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度測試的試驗(yàn)電路，并進(jìn)行了 CO2氣體介質(zhì)恢復(fù)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：CO2氣體的固有介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度較差，氣壓為0.6MPa、間隙距離為4mm的CO2氣體固有介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度在弧后10ms時(shí)只有22kV，僅提高氣壓對(duì)CO2氣體的介質(zhì)恢復(fù)