断路器喷口复合PTFE耐电弧烧蚀性能研究

摘要

近年来，随着特高压电网建设的加速进行，对电力系统中各元器件的要求也不断提高，为保障电力系统的安全可靠运行，要求开关电器的开断容量不断提高并且具备更高的可靠性、更长的寿命。喷口是高压断路器灭弧装置中控制电弧、创造高速气吹的核心部件，喷口材料的耐烧蚀性能严重影响着断路器的安全运行，因此研究高性能的耐电弧烧蚀用的喷口材料对于提升开关电器性能有着深远的理论与现实意义。
　　结合现有的针对固体材料耐电弧烧蚀性能的试验方法与国内外对喷口材料烧蚀特性的研究现状，通过分析电弧的特性、直流电弧稳定燃烧的机理以及断路器内喷口材料的烧蚀机理，为研究喷口材料的耐烧蚀特性，实现对喷口材料的初步筛选，本文提出了用设计的一套可以产生电弧电压、电弧电流、燃弧间距以及燃弧时间可调可控的直流电弧发生装置，并将喷口材料制备成特定的型号，即内径10mm、外径20mm，长度为10mm的圆筒形体，电弧在圆筒形喷口材料内部燃烧，烧蚀喷口内表面，并提出以材料第一次经受电弧烧蚀损失的质量作为喷口材料耐烧蚀性能的指标。
　　研究直流电弧的伏安特性以及喷口材料受电弧烧蚀影响因素，结果表明:直流电弧的静态伏安特性呈现负电阻的特性，电弧长度越长，用来维持电弧稳定燃烧的电压就越大;仅改变燃弧时间，PTFE的烧蚀量与电弧的燃烧时间呈现正相关的特征，烧蚀时间越长，烧蚀量变化越大;改变电弧电压、电流而保持燃弧时间与间距不变，PTFE烧蚀量随着电弧电流增加而增加，随电弧输出功率的增加而增加;在稳定燃烧的电弧中充入气流，电弧电流波动严重，电弧维持电压增大，材料表面烧蚀范围增大，但是烧蚀程度变小。
　　对添加不同种填料、不同百分含量的喷口材料进行烧蚀试验，初步分析各种材料的耐烧蚀性能，结果表明:在电弧电流21A、电弧电压45V、燃弧间距6mm、燃弧时间5s的试验条件下，添加BN的耐烧蚀性能比添加MoS2+BN的好，而添加MoS2+BN的耐烧蚀性能比添加AlN的好;其中添加百分含量为20％BN的喷口材料耐烧蚀性能最佳。本文的工作适用于喷口材料的初步筛选，可为实际断路器喷口材料的选择提供数据与试验支撑，对喷口材料耐烧蚀性能的研究有着很大的现实意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究水平及发展现状

1．2．1 国内外灭弧喷口材料的发展现状

1．2．2 喷口材料PTFE改性研究现状

1．2．3 喷口材料PTFE烧蚀性能的表征研究现状

1．2．4 喷口材料PTFE研究发展方向

1．3 本文的主要工作

1．4 本文主要技术创新内容

1．5 论文各章节的安排

第2章 直流电弧发生装置的设计及喷口材料选型

2．1 电弧的主要特征

2．2 直流电弧稳定燃烧的机理分析

2．3 喷口材料PTFE耐电弧烧蚀机理

2．4 试验方案的选择

2．5 试验装置的设计

2．5．1 保护模块

2．5．2 点火模块

2．5．3 试验台

2．5．4 控制模块

2．5．5 试验步骤与调试

2．6 喷口材料选型与制备

2．7 本章小结

第3章 直流电弧特性及纯PTFE烧蚀性能的研究

3．1 直流电弧伏安特性研究

3．2 燃烧时间对纯PTFE烧蚀性能的影响

3．3 断路器喷口材料烧蚀规律研究

3．4 加入气流后电弧对喷口材料烧蚀性能的影响

3．5 本章小结

第4章 耐电弧烧蚀喷口材料的选择

4．1 添加BN的喷口材料烧蚀性能试验

4．2 添加AIN的喷口材料烧蚀性能试验

4．3 添加MoS2+BN的喷口材料烧蚀性能试验

4．4 添加不同种填料的喷口材料烧蚀性能比较

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及其他成果

致谢