摘要：现有熔断器中的高速开断器通常采用炸药爆轰产生的冲击波来进行爆破驱动,炸药在实际应用中存在破坏力强、噪声大、价格昂贵等缺陷,且炸药型开断器结构设计复杂、体积大、质量重。该文针对炸药型开断器存在的问题,设计采用燃烧做功的火药辅助分断配合橡胶过盈柔性灭弧室的新型开断器方案。进行新型开断器的火药做功过程的数学建模及求解,开展新型开断器的分断测速试验和介质恢复试验。试验表明,火药辅助分断式开断器刚分时间为144μs,开断平均速度可达18.5m/s,且通过加装橡胶过盈柔性灭弧室,开断器电弧在运动栅片与灭弧室内的橡胶垫片挤压能迅速建立82.4V的弧压,经过10μs完成电流峰值为10kA的换流,经过60μs的介质恢复时间,能够承受1821V过电压。该文所设计的火药辅助分断式开断器相对原炸药式开断器,体积约为其1/10,质量约为其1/40。同时,单发火药的售价约为炸药的1%,开断过程仅产生轻微的声响。该文提出的改进设计实现了结构简单、体积小巧、质量轻、噪声小、经济性好的设计要求。

摘要：针对现代舰船直流电力系统交流整流发电机保护面临的断路器发电机侧短路时需瞬时分断高上升率短路电流,以及断路器电网侧短路时需短延时后分断短路电流的要求不同这一问题,提出了一种双向非一致混合型真空直流断路器的拓扑结构。采用强迫换流关断原理关断发电机侧短路时高上升率的短路电流,采用自然换流关断原理实现电网侧短路时短延时保护以及正常工作电流的分断。对断路器关断的3个换流过程进行分析,得到了该拓扑结构的最佳连接形式,该连接形式下正、反向关断电流的利用率分别为100%和83%。设计了1 kV/2.5 kA断路器样机,并进行了正、反向关断试验,实现了正向8 kA的自然换流关断和反向初始上升率为20A/s的短路电流强迫换流关断。试验结果表明,所提出方案是有效、可行的,所做的分析准确、可信。

摘要：为研究直流熔断器中电弧压力对电弧电导率的影响,首先在考虑电弧通流面积拓展的基础上优化了电弧电导率拟合模型,求解过程包括电弧烧蚀形态计算、电弧电压计算和电弧电导率拟合三部分;然后,采用内置高精度压力传感器的方式,设计4组相同电路参数、相同熔体宽带宽度,起弧电流依次相差600 A的熔断器分断实验,并拟合了电弧电导率。实验结果表明:各组实验间电弧压力与燃弧功率之间存在映射关系,且较高的电弧压力有利于电弧电导率的衰减,进而提高熔断器分断速度。

摘要：针对强迫换流型限流断路器双向关断时关断电路体积大以及需要判断电流方向等问题,提出一种新型的双向强迫换流型限流断路器拓扑结构,利用机械开关分断时产生的电弧电压对桥式二极管的钳位作用控制关断电流的投入方向,对任一方向电流的关断均可采用同一控制策略,无需判断故障电流方向。分析了线路分布电感对关断电流分布的影响规律,得到了关断电流初始上升率的约束条件,在该文的实际应用条件下关断电流上升率应小于100 A/?s。设计了600 V/630 A断路器样机,进行正、反向短路分断试验,可将初始电流上升率为8.25 A/?s的短路电流在1.1 ms内成功分断,限流峰值为7.8 k A。试验结果表明所提出方案有效、可行和分析准确、可信。

摘要：随着舰船电力系统容量增大,系统短路电流水平急剧上升,传统电磁脱扣保护装置难以满足现代舰船电力系统快速保护需求。提出了一种液态金属型故障电流触发器,利用液态金属GaInSn在短路电流条件下的自收缩效应产生弧压作为动作信号,具有反应速度快、可靠性高、可自恢复等优点。搭建了液态金属型故障电流触发器弧前特性试验平台,设计了额定1 kA的装置样机,进行了温升及弧前特性试验。试验结果表明:液态金属型故障电流触发器额定1 kA通流条件下电极温升仅为43 K,其稳态通流能力主要受电磁力作用约束;液态金属型故障电流触发器弧前时间与di/dt近似呈反比关系,当电流上升率为10.3 A/μs时,触发器弧前时间为1.09 ms。液态金属型故障电流触发器可作为混合型限流断路器的短路电流检测装置,对提高装置可靠性、实现快速限流具有重要意义。

摘要：为设计一款微型高速电磁斥力机构样机,通过有限元方法将电磁场、结构力场、电路耦合求解,研究斥力线圈匝数、斥力盘结构参数对运动部件运动特性的影响,提升机构效率;同时对运动部件进行应力分析,通过结构优化保证机构的机械强度。研究结果表明:增加斥力线圈匝数,可以增加运动部件速度,提升机构效率,但增速变缓;增加斥力盘厚度,会降低机构速度,但可以减小斥力盘应力;采用"铜-铝"复合盘结构,可以增加斥力盘运动速度,并减小斥力盘应力;采用内外侧厚度不等的斥力盘设计可以大幅度减小斥力盘应力,同时不降低机构效率。最终所设计的不等厚"铜-铝"复合盘结构,可以使得机构在2 ms内位移达到12.3 mm,且铜盘和铝盘的最大等效应力均小于该材料在动态冲击下的屈服强度,并留有一定的安全裕度。最后根据仿真参数设计工程样机并试验,仿真与试验结果具有良好的一致性,验证了有限元模型的正确性和设计的可行性。

摘要：针对包裹斥力线圈的环氧材料在机构多次使用后易失效问题,基于有限元分析和实验验证,对环氧材料的失效原因进行讨论并提出改进措施。通过电磁场和结构力场的耦合求解,获得在线圈电磁力作用下环氧材料的应力分布,解释环氧板弯折与环氧胶开裂的原因;提出采用圆周约束替代四角约束以降低环氧板内的应力,并在斥力线圈上端增加环氧薄板以改变固定约束位置,降低环氧胶内的应力集中位置以解决其开裂问题;最后设计两组工程样机,分别进行环氧板在四角约束下的冲击电流实验和在圆周约束下加装环氧薄板后的耐受实验。仿真与实验结果表明,相比于四角固定形式,环氧材料在圆周约束下的应力降低明显,且在斥力线圈上方加装环氧薄板后可有效降低环氧胶内应力,机构在经过5000次耐受实验后未出现环氧板弯折或环氧胶开裂问题。

摘要：针对传统强迫换流型断路器在关断高上升率短路电流时遇到的问题,本文提出了在高速真空开关两端反向并联续流二极管,并在小间隙下开断短路电流的改进方案。通过反向续流二极管的续流作用,使真空开关在电弧电流强迫过零后得到零电压介质恢复时间,提高了真空灭弧室的介质恢复能力,使其能够在小开距时关断高上升率短路电流。开展了新型强迫换流型限流断路器工作原理的仿真分析和高速电磁斥力机构、脉冲关断电路的设计。针对新型真空直流限流断路器关断短路电流的特殊过程,设计了与其等效的介质恢复试验,对方案可行性进行验证。设计了1kV/400A限流断路器样机并进行短路关断试验,该断路器可将初始上升率为5A/s的故障电流限流至2.5kA以下。试验结果证明所提出方案有效、可行。

摘要：基于强迫换流原理的混合型直流真空断路器(hybrid direct current vacuum circuit breaker,HDCVCB)是直流开断技术的有效方式之一,其参数设计及开断能力决定于真空灭弧室的特性。介绍了混合型直流真空断路器的典型拓扑结构及其工作原理,对真空电弧理论和真空灭弧室触头结构的研究概况进行了阐述。分析了直流分断中电流波形与交流中的正弦波不同、电流下降率大、燃弧时间可控等特点,得到了其分断能力与换流电流投入时电弧形态和电极状态密切相关的结论。对不同触头结构下的真空电弧形态演化规律,不同条件下的真空灭弧室的强迫换流分断特性与介质恢复规律等实验研究工作进行了综述,最后对直流真空灭弧室的研发进行了展望。

摘要：电网发生短路瞬间,短路电流可能迅速上升至上百千安,利用超导带材的零电阻特性,设计的超导限流器可以迅速切断故障电流,以保护其他元器件。由于超导带材在通流后不可避免地受到电磁力作用,故有必要对其进行电磁力仿真分析,研究其磁场、电磁力的分布特点。超导带材盘的径向力最外侧线圈受力最强,且为扩张力,最内侧线圈受力最小,方向与超导带材盘数量相关;中间盘的轴向力受力最小,两侧盘线圈轴向力大小一致、方向相反,且两侧盘最外侧线圈的轴向力最大。能够为超导带材盘的结构设计、疲劳分析等提供参考。