压气式SF_6断路器空载和负载下压力测量试验研究

笔者采用压阻式压力传感器和光纤压力传感器对252 kV压气式断路器空载和10 kA开断电流条件下灭弧室内的暂态气压进行了测量,得到了灭弧室内压气缸、喷口上游、喷口喉部、喷口下游4个测点的暂态气压,并对试验方法和测试系统进行了介绍。试验证明,压阻式压力传感器和光纤压力传感器均可以有效测量断路器灭弧室的暂态气压,导压管长度对测量结果的影响不容忽视。     

SF_6/N_2混合气体灭弧室中气流特性的计算分析

以能量平衡方程为基础,建立了分析压气式SF_6断路器灭弧室喷口气流场的数学模型,在不同比例的SF_6/N_2混合气体条件下,对上游区(压气缸)气体压力和温度以及喷口喉道内的气流量进行了数值计算,通过改变混合比、基压、喷口直径和下游扩张角等参数进行大量计算,最终达到了混合气体条件下产生及维持与纯SF_6气体接近或相同的SF_6质量流量的目的,以确保所需的灭弧能力,     

252 kV SF6断路器灭弧室压力特性试验研究

SF6断路器内部机理的理论研究已相当深入,但多年来由于断路器灭弧室内部参数测量费用较高和试验周期较长,以及需要考虑测量方法对试验结果精确性的影响等,相应的试验验证工作却很少,理论工作缺乏指导。针对这一状况,该文对252 kV SF6断路器的灭弧室内空载压力特性进行测量,并在灭弧室内压力缸、动静弧触头以及喷口上游、喉部和下游埋设7支微型硅压阻式压力传感器,通过改变断路器的基压和速度特性等结构参数,实现多点、多位置的多次测量,取得完整的灭弧室内动态压力特性变化的试验数据;分析了灭弧室动态压力变化与开断时间的关系。试验结果符合断路器的开断规律。     

SF_6断路器强电流开断喷管内压力测量

研究了SF6断路器强电流开断时喷管内暂态压力测量的方法。对一台252kVSF6断路器进行了强电流开断试验,采用压阻式压力传感器和毕托管,测量了压气缸、喷管上游、喷管喉部和喷管下游的暂态压力。毕托管有效地保护传感器,免受喷管中高温和高电压的影响。毕托管内压力波的来回反射对压力测量产生干扰,在毕托管内放置颗粒可阻尼压力波,抑制干扰。文中所建立的压力测量方法能够有效测量断路器开断全过程中压气缸和喷管上游的压力变化;有效测量断路器吹弧过程中喷管喉部的压力变化。     

喷口型面及尺寸对SF6高压断路器介质强度恢复特性的影响

SF6高压断路器的喷口对断路器开断过程中吹弧气体的流动特性起着控制作用,从而成为灭弧室的心脏。该文以252 kV SF6断路器为研究对象,研究了改变喷口喉部下游仰角、长度对灭弧室吹弧气体流动特性、介质强度恢复特性的影响;应用激波理论和拉伐尔喷口中流速与截面比的关系,研究了局部"放-收"型面及2段型面对吹弧气体的控制作用及对介质强度恢复速度的影响;比较了在不同的喷口尺寸及型面下介质强度的恢复速度,得出喷口下游的型面对开断过程中介质强度恢复速度影响显著的结论。这对SF6高压断路器喷口的优化设计及灭弧室小型化设计具有重要的实际意义。     

气吹式灭弧室喷口中动态气流场的数值计算

本文从流体力学中的质量连续、动量、能量基本方程组出发,采用特征线法对压气式灭弧室气缸内及喷口内的气动参数进行了计算,对灭弧室在一次动作过程中喷口内气体流动情况得到了一维的详细结构,分析了喷口中流动情况的影响因素。可以看出,反压喷口中的激波出现的位置有重要影响,同时对气流速度、气体温度也具有很大的影响;基压对激波出现的位置影响很小。喷口形状对激波出现的位置、气流速度和气体温度均有影响,因而在开关设计中企求设计出无激波存在的喷口。在一次动作过程中上游气缸内压力的理论计算值与实验值能较好地吻合。     

SF_6-CO_2和SF_6-CF_4混合气体断路器的喷口压力特性

CO_2和CF_4气体物理化学性能稳定,液化温度低,灭弧能力强,作为潜在的SF_6替代气体引起了广泛的关注。断路器开断故障电弧过程中的喷口压力特性对气体灭弧性能和断路器结构的优化设计等都具有重要意义。为此基于一台126 k V压气式断路器模型,通过实验研究了不同体积分数混合比例下SF_6-CO_2和SF_6-CF_4混合气体中灭弧室喷口压力的变化特性。结果表明,SF_6-CF_4混合气体的喷口监测点压力增幅Δppeak和电流零点时刻的压力增量ΔpCZ均明显高于SF_6-CO_2混合气体,气吹电弧作用更强;两种混合气体测量点处的压力增幅Δppeak均随SF_6体积分数增加而增大,SF_6-CO_2混合气体电流零点处的压力增量ΔpCZ随SF_6体积分数增加也明显增大,而SF_6-CF_4混合气体ΔpCZ的变化较小;此外,喷口压力的建立情况对断路器热开断能力有较为重要的作用。     

SF6断路器空载开断的气压特性测试与研究

对252kV SF6断路器进行灭弧室气压特性测试研究.根据断路器开断过程中气体流动过程选取多处测量点进行测量.对断路器操动机构在不同油压和不同基压状态下进行测量,得到大量断路器开断过程的压力变化数据.文中对测量方法及测量系统进行了阐述,并根据得到的数据分析了动态压力变化与开断时间的关系.     

压气缸压气不足SF6断路器开断电流后气体分解产物特性研究

本文通过建模仿真模拟了压气不足缺陷下压气缸内气压的变化,并与压气缸正常情况下进行了对比,确定了压气不足缺陷的设置方法;以40.5 kV SF6断路器为试品,设置了断路器压气缸压气不足缺陷,在电流开断后对气体分解产物特性进行实验研究,将实验结果与正常情况下进行对比.研究结果表明:在压气不足进行开断时,气缸内外气压差下降为原有的42％;在压气缸压气不足下,检测到分解产物有CO、CO2、CS2、SO2、SOF2,分解产物含量随着燃弧能量的增加而增加,分解产物CO2、CS2、SO2、SOF2在1.5 h左右达到最大值,在6 h时基本达到稳定值,CO含量在达到最大值后变化基本不大,压气不足时检测到的CO、SO2含量比压气缸正常时的含量低,以上可为SF6电气设备的状态评估和故障诊断提供指导.     

SF_6-CF_4混合气体电弧开断特性的实验研究

基于建立的可拆式高压气体断路器,研究了SF_6-CF_4气体的电弧开断特性。采用数字延时脉冲发生器控制断路器操作机构和晶闸管等的动作时序,利用屏蔽网包裹信号线以降低电磁干扰,借助毕托管和管内阻尼颗粒实现压力传感器的绝缘和隔热并抑制管内压力波的振荡。利用硅压阻式传感器和零区测量设备分别测量了电弧开断过程中喷口喉部气压及零区电压电流的变化。分析了短路电流和气体配比等对灭弧室中喷口喉部气压变化和电弧零区行为等的影响。将Mayr电弧模型应用于弧后行为的预测,通过改变恢复电压上升率(rate of rise of recovery voltage,RRRV)和零前电流斜率(di/dt)来分析SF_6-CF_4电弧的零区特性。结果表明,在SF_6中添加CF_4后,测量点气压增量及临界恢复电压上升率趋于下降。计算得到SF_6和50%SF_6-50%CF_4的临界弧后电流分别为0.74A和0.96A。50%SF_6-50%CF_4中临界恢复电压上升率为SF_6的77%,临界恢复电压上升率和测量点气压增量之间呈现出一定的相关性。     

Calculation of transient puffer pressure rise takes mechanical compression, nozzle ablation, and arc energy into consideration

Thermal puffer-type gas circuit breaker (GCB) has a high dielectric and current interruption capability. In order to design a good thermal puffer GCB, it is important to know the blast pressure for arc cooling. Although pressure calculation programs have been developed and used for design work, the basic characteristics, such as contribution of nozzle ablation gas to puffer pressure rise, amount of back flow gas to puffer chamber, and pressure distribution along gas passages during current interruption, are not well known. In this paper, pressure rise, mass flow, and temperature calculations were carried out using a new calculation model, which takes mechanical compression by puffer piston, nozzle ablation in the nozzle throat and arc energy into consideration. By analysis of the calculation results, we found the pressure rise mechanism is as follows. While fixed contact located in the divergent part of nozzle, all of the ablation gas generated from the nozzle wall cannot be exhausted from the nozzle and it leads to high-pressure generation in the nozzle throat. This pressure causes transfer of hot ablation gas back to the puffer chamber via gas passage. The puffer pressure increases thermally due to temperature rise by this mechanism. At a longer arcing time, as high puffer pressure was already established in the puffer chamber, the nozzle ablation gas cannot flow back to the puffer chamber. Besides as mass flow through nozzle is limited by low gas density, the puffer pressure rise is obtained by the mechanical compression of puffer piston.     

热堵塞时SF_6断路器灭弧室压力特性的计算方法及其应用

根据喷口电弧的物理模型,提出了热堵塞时压力特性的计算方法.同时,对ELE SL系列SF_6断路器灭弧室开断电流时压力特性的数值进行了计算,并与瑞士巴登试验站得到的实测值进行了比较,二者基本一致.     

SF_6压气式断路器喷口堵塞现象的计算分析

在考虑了喷口内壁由于电弧辐射而引起的烧蚀的条件下,建立了一组计算SF_6压气式灭弧室与其喷口电弧的相互作用的数理方程,运用它所得到的计算结果,同GE公司的测试结果很吻合。     

Gas-flow Simulation with contact moving in GCB considering high-pressure and high-temperature transport properties of SF/sub 6/ gas

This paper addresses a thermal gas-flow simulation in gas circuit-breaker (GCB) chambers, introducing SF/sub 6/ gas constants up to a pressure of 10 MPa and to a temperature of 30 000 K. In the simulation, moving parts, such as nozzle, movable arcing contact, and operating rod, are moved with the opening motion of GCB to see if different results are produced from the conventional simulation method, in which fixed parts in the real GCB are moved. As a result, as far as the pressure profile in the puffer chamber is concerned, it is confirmed that this simulation method can produce better results than the conventional method for the hybrid-puffer-type chamber.     

不同结构微小音速喷嘴的数值模拟与特性对比

为了降低加工水平对微小音速喷嘴性能的限制,提出了收缩喷嘴、扩散喷嘴和圆锥形文丘里喷嘴 3 种非标准音速喷嘴 结构,并分析形状结构对 3 种喷嘴流动特性的影响。 选取喷嘴喉径为 0. 03~ 0. 12 mm,分别对其内部流场进行数值仿真,并分析 收缩段、喉部和扩散段的几何结构对喷嘴流动特性的影响,最后对比了喷嘴的流动特性。 研究发现,扩散喷嘴的流出系数和临 界背压比较优,且该类喷嘴加工难度最小。 此外,喉径和喉部长度对喷嘴流动特性的影响最大,喉径越大,喉部长度越小,喷嘴 流动特性越好。 这为后续微小喷嘴的研制提供一定的借鉴。     

压气式SF_6断路器在开断短路电流时压力特性的计算方法

本文提出了计算SF_6 GCB在开断短路电流时其压气室的温升和压力特性的一种方法,利用它可对压气室的压力进行定量分析,可供设计断路器时参考和对断路器的开断能力进行估算。     

气吹灭弧与压力脱扣技术促进了低压断路器分断性能提高

介绍了气吹灭弧技术的机理及实验研究，新型低压断路器采用气吹灭弧技术的灭弧室结构，以及利用灭弧室产气后生成的压力构成新型压力脱扣器来改进低压断路器限流性能。     

Electrical Characterization of Airborne Vehicle Exhaust Plume

The induced current and voltage on the skin of an airborne vehicle due to the coupling of external electromagnetic field could be altered in the presence of ionized exhaust plume. So in the present work, a theoretical analysis is done to estimate the electrical parameters such as electrical conductivity and permittivity and their distribution in the axial and radial directions of the exhaust plume of an airborne vehicle. The electrical conductivity depends on the distribution of the major ionic species produced from the propellant combustion. In addition it also depends on temperature and pressure distribution of the exhaust plume as well as the generated shock wave. The chemically reactive rocket exhaust flow is modeled in two stages. The first part is simulated from the combustion chamber to the throat of the supersonic nozzle by using NASA Chemical Equilibrium with Application (CEA) package and the second part is simulated from the nozzle throat to the downstream of the plume by using a commercial Computational Fluid Dynamics (CFD) solver. The contour plots of the exhaust parameters are presented. Eight barrel shocks which influence the distribution of the vehicle exhaust parameters are obtained in this simulation. The computed peak value of the electrical conductivity of the plume is 0.123 S/m and the relative permittivity varies from 0.89 to 0.99. The attenuation of the microwave when it is passing through the conducting exhaust plume has also been presented.