CF4气体灭弧性能的研究

摘要

随着电力技术的发展,SF6电气设备得到了广泛的应用,除了SF6断路器,GIS(gas insulated switchgear)封闭组合电器外,现在又出现了SF6绝缘的变压器、电压互感器、电源互感器及各类高压套管等。这些设备多多少少都使用了不同浓度要求的SF6气体。本文首先介绍了SF6的优缺点,优点是SF6具有很强的电负性,有优异的灭弧性能和绝缘强度,热传导性能好,容易复合以及不会分解出碳粒子。缺点是在高寒地区,SF6气体容易液化,而且SF6是一种温室效应值很高的气体,对环境影响很大。寻找SF6替代气体已是必然的趋势。其次,本文介绍了现今全球普遍关注的SF6替代气体c-C4F8及CF4的物理化学特性,它们都是很强的电负性气体,也具有很强的绝缘性能。同时它们还具备SF6气体所不及的低温室效应值,且不易液化。但是有关他们的灭弧性能的研究少之又少。本文选择研究CF4气体的灭弧性能。为此,本文引入了电弧理论,以及经典的电弧动态模型麦也尔方程(Mayr’s equation)。它是用来描绘电弧电导、电压、电流之间关系的一个方程。并指出了方程的两个重要参数：电弧时间常数(θ)及电弧散能系数( N )。在不同气体中,这两个参数也各不相同。它们是用来表征气体灭弧性能的重要指标。本文给出了它们的具体计算方法。随后,本文较详细地进行了灭弧试验装置的各项参数计算,包括平均分闸速度、喷嘴,触头开距等,并以此自行研制了一套灭弧试验装置。最后,在二阶振荡电路中对CF4气体进行灭弧试验,计算得出它的θ及N。并与以同样方法测得的SF6气体的θ及N进行分析比较。最后得出CF4气体的灭弧能力近似为SF6气体的1/2这样一个结论。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 SF_6 气体的优缺点

1.2 SF_6 替代气体的研究

1.2.1 SF_6 气体的混合气体

1.2.2 c-C_4F_8 及其混合气体

1.2.3 CF_3I 气体

1.2.4 CF_4 气体

1.2.5 本课题的意义及将要完成的主要工作

1.3 本章小结

第二章 电弧理论

2.1 电弧理论发展简史

2.2 交流电弧的燃烧和熄灭

2.2.1 电弧的产生

2.2.2 交流电弧现象

2.2.3 电弧的维持

2.3 交流电弧的动态模型

2.3.1 麦也尔电弧模型

2.4 本章小结

第三章 灭弧试验装置

3.1 气吹断路器

3.1.1 吹弧方式

3.1.2 气流的吹弧作用

3.2 气体断路器空气动力学理论

3.2.1 气流速度与喷口形状的关系

3.2.2 简单灭弧试验装置的构想

3.2.3 收缩型喷口临界参数选取

3.3 灭弧试验装置的设计预估算

3.3.1 GCB 的设计要求

3.3.2 平均分闸速度vf 的设计

3.3.3 触头开距lk 的设计

3.3.4 喷嘴设计

3.3.5 触头设计

3.3.6 灭弧室尺寸设计

3.3.7 操动机构的设计

3.4 试验装置设计图纸

3.5 试验装置使用

3.6 本章小结

第四章 试验回路及试验方法

4.1 试验回路

4.1.1 试验设备及参数

4.1.2 回路分析

4.2 实验步骤及注意事项

4.3 本章小结

第五章 实验结果及分析

5.1 动态电弧模型

5.2 实验结果

5.3 本章小结

第六章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文目录

致谢