直流空气断路器高海拔环境下电弧重燃现象及其抑制措施

doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2024.01.002

电器与能效管理技术 ›› 2024, Vol. 0 ›› Issue (1): 6-12.doi: 10.16628/j.cnki.2095-8188.2024.01.002

直流空气断路器高海拔环境下电弧重燃现象及其抑制措施

黄浩, 李静, 彭世东

特种电机与高压电器教育部重点实验室(沈阳工业大学电气工程学院),辽宁沈阳 110870

收稿日期:2023-10-21 出版日期:2024-01-30 发布日期:2024-02-29
作者简介:黄浩(1997—),男,硕士研究生,研究方向为电器电弧理论和直流开断技术。|李静(1977—),女,博士,教授,博士生导师,研究方向为电器电弧理论与高压绝缘技术。|彭世东(1997—),男,博士研究生,研究方向为放电等离子体与直流开断技术。
基金资助:
国家自然科学基金(51977132);辽宁省重大科技专项(2020JH1/10100012);辽宁省教育厅面上项目(LJKZ0126)

Arc Reignition and Its Suppression of DC Air Circuit Breaker in High Altitude Environment

HUANG Hao, LI Jing, PENG Shidong

Key Lab of Special Electric Machine and High Voltage Apparatus (College of Electrical Engineering, Shenyang University of Technology), Shenyang 110870, China

Received:2023-10-21 Online:2024-01-30 Published:2024-02-29

摘要/Abstract

摘要：

高海拔环境下直流空气断路器(DC ACB)在电弧开断过程中易发生重燃,导致开断失败的概率增加。为了抑制DC ACB高海拔开断时的电弧重燃,以轨道交通用车载DC ACB为研究对象,建立了二维磁流体动力学(MHD)仿真模型,分析了不同海拔下DC ACB中的电弧演变过程,通过增大横向磁场及设置“C”形栅片对其高海拔开断性能进行优化。结果表明增大横向磁场,2 km、3 km海拔下DC ACB不发生电弧重燃,但4 km、5 km海拔下发生电弧重燃。4 km、5 km海拔下,在增大横向磁场的基础上采用含“C”形栅片的改进灭弧室结构,能够使DC ACB在高海拔环境下成功开断。

关键词: 直流空气断路器, 高海拔, 磁流体动力学, 横向磁场, “C”形栅片

Abstract:

DC air circuit breaker (DC ACB) in high-altitude environments are prone to reignition during arc breaking,leading to an increased probability of failure.To suppress arc reignition during high-altitude breaking of DC ACB,the on-board DC ACB used in rail transit was focused,a two-dimensional magnetohydrodynamics (MHD) simulation model was established.The arc evolution process in DC ACB at different altitudes was analyzed,and their high-altitude breaking performance were optimized by increasing the transverse magnetic field and setting C-shaped splitter plates.The results show that increasing the transverse magnetic field can not cause arc reignition in DC ACB at altitudes of 2 km and 3 km,but arc reignition occurred at altitudes of 4 km and 5 km.An improved arc chamber structure with a C-shaped splitter plates was adopted on the basis of increasing the transverse magnetic field at altitudes of 4 km and 5 km,which can disconnect DC ACB in high altitude environments successfully.

Key words: DC air circuit breaker (DC ACB), high altitude, magnetohydrodynamics (MHD), transverse magnetic field, C-shaped splitter plate

中图分类号:

TM561

黄浩, 李静, 彭世东. 直流空气断路器高海拔环境下电弧重燃现象及其抑制措施[J]. 电器与能效管理技术, 2024, 0(1): 6-12.

HUANG Hao, LI Jing, PENG Shidong. Arc Reignition and Its Suppression of DC Air Circuit Breaker in High Altitude Environment[J]. LOW VOLTAGE APPARATUS, 2024, 0(1): 6-12.

图/表 9

图1

表1

图2

表2

图3

图4

图5

表3

图6

参考文献 20

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海拔高度/km	平均环境温度/K	平均环境气压/kPa
0	293.15	101.32
2	288.15	80.00
3	283.15	70.00
4	278.15	62.00
5	273.15	54.00

电弧关键行为	海拔高度/km
电弧关键行为	0	3	5
电弧进入栅片时刻/ms	2.05	1.94	1.78
全栅片利用时刻/ms	4.83	4.50	4.19
第一次成功限流时间/ms	3.23	3.42	3.64
重燃时刻/ms	—	16.11	10.92

横向磁场/mT	海拔高度/km
横向磁场/mT	0	2	3	4	5
10	×	—	—	—	—
20	×	○	○	○	○
30	×	×	○	○	○
40	×	×	○	○	○
50	×	×	×	○	○
100	×	×	×	○	○

直流空气断路器高海拔环境下电弧重燃现象及其抑制措施

Arc Reignition and Its Suppression of DC Air Circuit Breaker in High Altitude Environment

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