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技術文章

限流熔斷器的重要作用

限流熔斷器是電力系統中十分常見的保護裝置,主要用來保護發電機、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,可以使用避雷器與限流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,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,本文根據電磁場理論中的電流連續性方程對限流熔斷器熔體建立了溫升的電流場物理模型;根據傳熱學理論中描述有內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;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限流熔斷器模型提供數據。對熔斷器開斷產生的過電壓研究,是以限流熔斷器開斷短路電流試驗電路為研究主體。在電磁暫態計算程序——EMTP/ATP中,根據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,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*后對誤差原因進行了分析,并運用多個非線性電阻串聯的方法,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。

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