高压限流熔断器弧前时间电流特性的仿真研究

论文摘要

高压限流熔断器作为熔断器家族中的重要一员,具有开断短路电流能力大和显著的限流效应。作为变压器过流保护的重要器件被广泛应用于城市供电和配电系统中,特别是与高压负荷开关、接触器配合组成的组合电器,还可以在短路容量较小的网络中代替昂贵的高压断路器。近些年,熔断器保护引起的炸管和误动作事故频发,给电力系统和供电设备造成重大损失。为了使高压限流熔断器更好的配合其它保护电器,本文研究其弧前时间-电流特性的仿真计算,这也为今后全范围熔断器的设计奠定基础。本文采用有限元软件ANSYS计算高压限流熔断器的弧前时间,分别对短路电流和过载电流的温度场进行仿真。通过分析限流熔断器的弧前数学模型,建立在交流冷态条件下,开断短路电流的三维热电耦合数学模型,该模型考虑材料的物性参数随温度变化,以熔体熔化过程为弧前时间。随着短路电流的减小,提出弧前时间考虑到汽化点,使仿真结果更加的精确。并仿真得到短路电流直流分量最大时的弧前时间,证明仿真方法的通用性。针对高压限流熔断器开断过载电流弧前时间分析方法不足的现状,基于开断短路电流的热电耦合数学模型,提出过载电流的模型,该模型考虑了熔体的相变过程,用热焓法处理潜热。对于开断低过载电流,由于弧前时间比较长,所以需要考虑周围石英砂的散热作用。本文用等效的直流代替交流加载,建立低过载的数学模型,仿真计算弧前时间。本文以额定电流为200A的后备保护式高压限流熔断器为例,仿真计算得到4-35倍故障电流的弧前时间,最后拟合弧前时间-电流曲线,与厂家提供的弧前时间进行对比,证明仿真方法的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的来源
• 1.2 课题的研究意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 熔断器的弧前时间研究
• 1.3.2 国内相关文献研究
• 1.4 本课题研究的内容
• 第二章 高压限流熔断器概述
• 2.1 高压限流熔断器的结构
• 2.2 高压限流熔断器的时间-电流特性
• 2.3 电力变压器保护的要求
• 2.4 高压限流熔断器的开断过程分析
• 2.4.1 熔体熔断原理
• 2.4.2 开断短路电流
• 2.4.3 开断过载电流
• 2.4.4 开断不同故障电流弧前特性总结
• 2.5 本章小结
• 第三章 限流熔断器的弧前数学模型
• 3.1 限流熔断器的弧前现象描述
• 3.2 热电耦合数学模型
• 3.2.1 温度场
• 3.2.2 电场
• 3.2.3 热电耦合场的建立
• 3.3 相变过程
• 3.4 本章小结
• 第四章 短路电流弧前时间-电流的仿真
• 4.1 有限元软件ANSYS 概述
• 4.1.1 有限元软件ANSYS
• 4.1.2 耦合场
• 4.1.3 分析问题的一般步骤
• 4.2 开断短路电流仿真
• 4.2.1 单元选择与材料属性
• 4.2.2 实体建模与剖分
• 4.2.3 设置分析类型与载荷
• 4.2.4 交流加载与求解
• 4.2.5 后处理
• 4.2.6 短路电流厂家数据对比分析
• 4.2.7 直流分量最大的短路电流弧前时间
• 4.3 本章小结
• 第五章 过载电流弧前时间-电流仿真
• 5.1 开断过载电流
• 5.1.1 相变的处理
• 5.1.2 焓值的计算
• 5.1.3 相变求解注意事项
• 5.1.4 仿真结果与对比
• 5.2 开断低过载电流
• 5.2.1 模型处理
• 5.2.2 载荷的施加与结果分析
• 5.3 拟合弧前时间-电流曲线
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 6.1 本课题内容总结
• 6.2 创新点
• 6.3 本课题的展望
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢