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技術(shù)文章

限流熔斷器的重要作用
 限流熔斷器是電力系統(tǒng)中十分常見的保護(hù)裝置,主要用來保護(hù)發(fā)電機(jī)、變壓器等重要設(shè)備。限流熔斷器在快速切斷短路電流的同時(shí),不可避免地會(huì)產(chǎn)生較高的開斷過電壓反作用于被保護(hù)設(shè)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(shè)計(jì)避雷器提供依據(jù),也可以為熔斷器的設(shè)計(jì)提供幫助。 熔斷器的熔斷過程是一個(gè)熱電耦合的復(fù)雜物理過程,本文根據(jù)電磁場理論中的電流連續(xù)性方程對限流熔斷器熔體建立了溫升的電流場物理模型;根據(jù)傳熱學(xué)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(jìn)行一系列的假設(shè)和簡化,建立了描述熔體熔斷過程的熱電耦合數(shù)學(xué)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(jì)算軟件ANSYS對上述數(shù)學(xué)模型進(jìn)行輔助計(jì)算。本文以兩種不同幾何形狀的熔體為例,詳細(xì)介紹了在ANSYS中建立熔體實(shí)體模型、確定邊界條件、加載并求解的全過程。由計(jì)算結(jié)果與實(shí)際試驗(yàn)曲線對比可得:該種方法能夠比較準(zhǔn)確地計(jì)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(shí)間,誤差一般在5%以內(nèi);同時(shí)還可以算得熔斷器在弧前的電阻時(shí)間特性,為開斷過電壓仿真計(jì)算電路中的限流熔斷器模型提供數(shù)據(jù)。 對熔斷器開斷產(chǎn)生的過電壓研究,是以限流熔斷器開斷短路電流試驗(yàn)電路為研究主體。在電磁暫態(tài)計(jì)算程序——EMTP/ATP中,根據(jù)實(shí)際情況建立了熔斷器開斷試驗(yàn)電路的仿真模型,其中熔斷器模型采用一個(gè)時(shí)間變量非線性電阻和開關(guān)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(shí)間,兩者均由ANSYS計(jì)算得到。把上述兩種熔斷器的計(jì)算結(jié)果運(yùn)用于ATP仿真電路中,得到相應(yīng)狀態(tài)下的仿真波形。將實(shí)測波形與仿真結(jié)果進(jìn)行比較,熔斷器端過電壓的幅值比較準(zhǔn)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(jìn)行了分析,并運(yùn)用多個(gè)非線性電阻串聯(lián)的方法,在ATP仿真電路中構(gòu)建了更為準(zhǔn)確的熔斷器模型,采用這種改進(jìn)的仿真電路,可以得到與實(shí)測電壓十分接近的仿真結(jié)果。

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