CF4气体灭弧性能的研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 6 气体的优缺点'>1.1 SF₆气体的优缺点
• 6 替代气体的研究'>1.2 SF₆替代气体的研究
• 6 气体的混合气体'>1.2.1 SF₆气体的混合气体
• 4F₈ 及其混合气体'>1.2.2 c-C₄F₈及其混合气体
• 3I 气体'>1.2.3 CF₃I 气体
• 4 气体'>1.2.4 CF₄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