高壓限流熔斷器開斷過電壓研究.pdf

1、高壓限流熔斷器是電力系統(tǒng)中十分常見的保護裝置，主要用來保護發(fā)電機、變壓器等重要設備。限流熔斷器在快速切斷短路電流的同時，不可避免地會產(chǎn)生較高的開斷過電壓反作用于被保護設備上，可以使用避雷器與熔斷器組合來限制這種過電壓。本課題主要研究限流熔斷器的熔斷過程以及開斷過電壓情況，為設計避雷器提供依據(jù)，也可以為熔斷器的設計提供幫助。 熔斷器的熔斷過程是一個熱電耦合的復雜物理過程，本文根據(jù)電磁場理論中的電流連續(xù)性方程對熔斷器熔體建立了溫升的

2、電流場物理模型；根據(jù)傳熱學理論中描述有內(nèi)熱源的溫度場的微分方程建立了熔體溫升的溫度場物理模型；利用能量守恒定律把電流場和溫度場方程聯(lián)立起來，并進行一系列的假設和簡化，建立了描述熔體熔斷過程的熱電耦合數(shù)學模型。對方程組的求解選用有限元方法，并引入大型通用有限元計算軟件ANSYS對上述數(shù)學模型進行輔助計算。本文以兩種不同幾何形狀的熔體為例，詳細介紹了在ANSYS中建立熔體實體模型、確定邊界條件、加載并求解的全過程。由計算結果與實際試驗曲線對

3、比可得：該種方法能夠比較準確地計算出較大短路電流下（熔斷器額定電流的50倍以上）熔斷器的弧前時間，誤差一般在5％以內(nèi)；同時還可以算得熔斷器在弧前的電阻時間特性，為開斷過電壓仿真計算電路中的熔斷器模型提供數(shù)據(jù)。 對熔斷器開斷產(chǎn)生的過電壓研究，是以熔斷器開斷短路電流試驗電路為研究主體。在電磁暫態(tài)計算程序——EMTP/ATP中，根據(jù)實際情況建立了熔斷器開斷試驗電路的仿真模型，其中熔斷器模型采用一個時間變量非線性電阻和開關的組合來代替，

4、前者代表熔斷器熔斷過程的弧前電阻，后者控制開斷時間，兩者均由ANSYS計算得到。把上述兩種熔斷器的計算結果運用于ATP仿真電路中，得到相應狀態(tài)下的仿真波形。將實測波形與仿真結果進行比較，熔斷器端過電壓的幅值比較準確，誤差不超過5％。但是電壓波形相差較大，特別是弧后部分。本文最后對誤差原因進行了分析，并運用多個非線性電阻串聯(lián)的方法，在ATP仿真電路中構建了更為準確的熔斷器模型，采用這種改進的仿真電路，可以得到與實測電壓十分接近的仿真結果。