大电流真空电弧弧后介质恢复研究

摘要

目前电力系统的短路容量很大,需要高开断能力的断路器;同时 SF6作为一种温室效应很强的气体,其应用必将越来越受到限制。在这两个因素的促进下,应用真空断路器并联来开断成为了当前较好的解决办法。真空断路器是20世纪初发展起来的一种新型开关电器,目前在许多领域尤其是配电系统得到了广泛地应用。真空断路器具有熄弧能力强、重量轻、体积小、使用寿命长、免维护、无污染等优点。对真空电弧特性的研究成为当前开关电器领域的前沿课题之一。
　　本文综述了真空断路器的国内外研究现状,介绍了真空电弧的燃弧机理、真空电弧的特性以及真空电弧与空气电弧的异同点。在弧后的介质恢复阶段,介绍了真空电弧的熄弧机理,详细描述了真空电弧的熄弧过程。介质恢复过程以弧后电流反向最大值为界分为电子电流衰减阶段以及离子鞘层发展阶段。最后介绍了恢复阶段的重击穿判据。
　　本文将电流过零瞬间的等离子体参数与连续过度模型结合,得出弧后电流、鞘层长度发展的数学模型,在仿真软件中以黑盒模型的形式使之实现,作为后续仿真的基础,并在仿真的过程中结合重击穿判据,可用来预测真空断路器的开断成功与否。
　　本文将仿真结果与实际的断路器开断试验结果进行对比。研究了材料电侵蚀率以及燃弧时间对真空断路器开断结果的影响。仿真结果与试验结果吻合良好,指出材料的电侵蚀率过高可能引起开断失败,并且为了保证断路器开断成功应该保证一定的燃弧时间。

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1 绪 论

1.1 大电流真空电弧弧后介质恢复研究的目的和意义

1.2 课题背景及国内外研究概况

1.3 本文的主要工作

2 真空电弧的燃弧机理及特性

2.1 真空电弧的燃弧机理

2.2 真空电弧的特性

2.3 真空电弧与空气电弧的异同点

3 真空电弧的熄弧过程

3.1 真空电弧的熄弧机理

3.2 熄弧过程描述

3.3弧后电流反向增大阶段

3.4离子鞘层发展

3.5重击穿判断

3.6 小结

4 基于S函数的真空电弧介质恢复仿真

4.1 真空开断过程的物理模型

4.2 仿真参数的计算

4.3 S函数简介

4.4真空电弧仿真模型

4.5仿真结果与分析

4.6 小结

5 真空断路器分断试验结果及分析

5.1 触头材料电侵蚀率对真空断路器分断结果的影响

5.2 燃弧时间对真空断路器分断结果的影响

5.3 小结

6 总 结

6.1 全文总结

6.2 今后可以改进的方向

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文