【摘 要】
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六氟化硫因其优异的绝缘和灭弧性能而广泛用于电力系统中,然而SF6具有严重的温室效应,为消除或降低SF6对环境的影响,各国学者都开始尝试寻找新型环保气体替代SF6。C4F7N气体其优良的电气性能和较低的温室效应,自推出以来就受到研究人员的广泛关注,被认为是目前最有潜力替代SF6的环保型气体。但由于C4F7N本身的液化温度较高,因此需要混合液化温度较低的缓冲气体,降低其液化温度,目前常见的缓冲气体为C
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六氟化硫因其优异的绝缘和灭弧性能而广泛用于电力系统中,然而SF6具有严重的温室效应,为消除或降低SF6对环境的影响,各国学者都开始尝试寻找新型环保气体替代SF6。C4F7N气体其优良的电气性能和较低的温室效应,自推出以来就受到研究人员的广泛关注,被认为是目前最有潜力替代SF6的环保型气体。但由于C4F7N本身的液化温度较高,因此需要混合液化温度较低的缓冲气体,降低其液化温度,目前常见的缓冲气体为CO2。因此对C4F7N/CO2混合气体特性进行研究,尤其对其灭弧性能进行研究,在高压电器研究领域有重要意义。本文首先介绍了SF6替代气体的研究现状和趋势,提出C4F7N/CO2混合气体替代SF6的可行性,接下来阐述了开断电弧研究的理论基础及后续仿真使用的电弧模型。以SF6、CO2和C4F7N/CO2混合气体为研究对象,建立CO2、SF6、C4F7N/CO2混合气体在直流电源、单一喷口、固定电极条件下的电弧模型。探索不同气体介质产生不同灭弧性能表现的原因,首先从电弧温度分布、电压分布、气压分布以及流体流速分布方面对CO2、SF6和C4F7N/CO2混合气体三种不同灭弧介质进行电弧特性分析。接下来从电弧径向温度分布、有效导热系数分布以及气体材料性能对电弧特性的影响方面进一步对三种灭弧介质的电弧特性对比分析,对比电弧形态上的差别与电弧温度的冷却速度快慢,从而找出决定气体灭弧性能密切相关的物性参数,研究C4F7N/CO2混合气体的灭弧性能。在此基础上,研究在不同影响因素下C4F7N/CO2混合气体的电弧特性,研究C4F7N/CO2混合气体替代SF6气体灭弧的可行性。仿真研究结果给出了两种气体的电弧特性以及可变因素对C4F7N/CO2混合气体电弧特性的影响,为研发新型SF6替代气体断路器提供理论依据。
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