空气绝缘开关柜电缆室燃弧压力升计算及分析

doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2025.06.003

电器与能效管理技术 ›› 2025, Vol. 0 ›› Issue (6): 17-21.doi: 10.16628/j.cnki.2095-8188.2025.06.003

空气绝缘开关柜电缆室燃弧压力升计算及分析

郭庆

上海电器科学研究所(集团)有限公司, 上海 200063

收稿日期:2025-04-06 出版日期:2025-06-30 发布日期:2025-08-11
作者简介:郭庆(1993—),男,工程师,主要从事中低压成套电器设计相关研究。
基金资助:
普陀区科技研发平台项目(2022SN03)

Calculation and Analysis of Arc Pressure Rise in AIS Cable Compartment

GUO Qing

Shanghai Electrical Apparatus Research Institute(Group) Co.,Ltd., Shanghai 200063, China

Received:2025-04-06 Online:2025-06-30 Published:2025-08-11

摘要/Abstract

摘要：

基于热传导微分方程、流体运动控制方程及理想气体方程,采用内热源方式将电弧功率加载至流体运动控制方程,建立开关柜电缆室燃弧压力计算的数值模型。在电缆室接线铜排处发生燃弧故障时,对电缆室三维气流场进行数值计算,指出燃弧初期电缆室内的压力升分布规律及压力冲击波的传播特性。最后,基于GB/T 3906—2020对产品进行了40 kA、1 s的内燃弧试验,结果表明压力场数值计算结果和试验结果较为吻合,误差满足工程实际需求,为后续同类产品的设计及优化提供了理论支撑与设计参考。

关键词: 开关柜, 电弧, 压力计算, 内燃弧试验

Abstract:

Based on the heat conduction equation, the fluid governing equation and the ideal gas equation, the arc power is loaded into the control equation of fluid motion by the internal heat source method. A numerical model for calculating the arc pressure in the cable compartment of switchgear is established. When an arc fault occurs at the copper busbar in the cable compartment, the three-dimensional gas flow field in the cable compartment is numerically calculated. The pressure rise distribution law and the propagation characteristics of the pressure shock wave in the cable compartment during the initial stage of the arc are pointed out. Finally, based on GB/T 3906—2020, a 40 kA, 1 s internal arc test is conducted on the product, The results show that the numerical calculation results of the pressure field are in good agreement with the test results. The error meets the engineering requirements. This provides theoretical support and design reference for the subsequent design and optimization of similar products.

Key words: switchgear, arc, pressure calculation, internal arc test

中图分类号:

TM591

郭庆. 空气绝缘开关柜电缆室燃弧压力升计算及分析[J]. 电器与能效管理技术, 2025, 0(6): 17-21.

GUO Qing. Calculation and Analysis of Arc Pressure Rise in AIS Cable Compartment[J]. LOW VOLTAGE APPARATUS, 2025, 0(6): 17-21.

图/表 3

参考文献 13

[1]	赵云杰, 姜楠, 朱磊, 等. 船舶中压直流配电板电缆室燃弧压力升特性数值研究[J]. 船电技术, 2022, 42(11):6-10.
[2]	董盼, 杨鑫, 贾鹏飞, 等. 10 kV高压开关柜内部短路电弧冲击过程仿真及安全设计[J]. 高电压技术, 2022, 48(1):328-336.
[3]	曹爽, 付立军, 黄成涛, 等. 船用中压直流配电板燃弧计算及分析[J]. 船舶工程, 2020, 42(4):86-90.
[4]	吴田, 杨东, 黎鹏, 等. 中压开关柜内部电弧压力升计算:模型简化方法研究[J]. 高压电器, 2020, 56(3):39-45.
[5]	秦知航, 石莹, 代少君, 等. 封闭容器内短路燃弧压力升计算仿真参数分析[J]. 南昌大学学报(工科版), 2019, 41(1):96-102.
[6]	黎鹏, 阮江军, 黄道春, 等. 封闭容器内部短路燃弧特性及压力升试验分析[J]. 高电压技术, 2019, 45(3):940-949.
[7]	黎鹏, 阮江军, 黄道春, 等. 封闭容器内部短路燃弧爆炸压力效应计算[J]. 爆炸与冲击, 2017, 37(6):1065-1071.
[8]	魏梦婷. 开关柜内部燃弧压力计算及其抑制措施研究[D]. 武汉: 武汉大学, 2017.
[9]	国家市场监督管理总局, 国家标准化管理委员会.3.6 kV-40.5 kV交流金属封闭开关设备和控制设备:GB/T 3906—2020[S]. 北京: 中国标准出版社, 2020.
[10]	王志宁, 彭海波, 邹顺. GIS内部故障燃弧压力及温度特性研究[J]. 电器与能效管理技术, 2023(4):21-27.
[11]	白颖, 莫莉萍. 中压开关柜柜体结构分析与优化[J]. 现代机械, 2023(3):43-46.
[12]	李朝顺. 开关柜内燃弧时等效强度校验计算[J]. 东北电力技术, 2007(2):27-29.
[13]	郭庆. 直流电弧的多物理场仿真研究[J]. 农业装备与车辆工程, 2023, 61(7):101-104.

时间/ms	压力值/kPa	时间/ms	压力值/kPa
0.1	49.6	0.9	37.8
0.2	48.4	1.0	28.7
0.3	48.1	2.0	19.6
0.4	46.7	3.0	19.3
0.5	42.4	4.0	23.5
0.6	41.2	5.0	28.6
0.7	42.3	7.0	29.6
0.8	39.6	10.0	29.7

[1]	罗洋, 于秀义, 蒋旭艳, 徐军帅, 陈远, 刘振翔. 基于磁流体动力学的交流接触器分断电弧形态研究[J]. 电器与能效管理技术, 2025, 0(5): 34-42.
[2]	陈祖快, 李靖, 沈玉文, 江松. 基于脉冲神经网络的低压交流串联故障电弧识别方法研究[J]. 电器与能效管理技术, 2025, 0(4): 7-14.
[3]	陈诗哲, 王周晶, 石钰莹, 牟禹泽, 李兴文. 大容量自能式断路器开断过程多阀片运动特性研究[J]. 电器与能效管理技术, 2025, 0(3): 1-5.
[4]	王华章, 独田娃, 高进才, 李炳权, 张春骋. JP柜剩余电流动作断路器短路分断技术研究[J]. 电器与能效管理技术, 2025, 0(3): 64-69.
[5]	刘树鑫, 刘丙泽, 邢朝建, 明欣, 周厚霖, 吕先锋. 基于GWO-LSSVM的直流故障电弧诊断方法[J]. 电器与能效管理技术, 2025, 0(1): 14-22.
[6]	李刚毅. 基于多传感信息融合的开关柜局放类型诊断研究[J]. 电器与能效管理技术, 2025, 0(1): 23-27.
[7]	王周晶, 陈诗哲, 赵东旭, 李兴文. SF₆/N₂混合气体的直流小电流开断电弧特性研究[J]. 电器与能效管理技术, 2025, 0(1): 28-32.
[8]	康晶, 任召田, 刘振笃, 黄文辉, 刘雪吉, 刘长, 王军. 环保气体绝缘开关柜电场仿真与优化[J]. 电器与能效管理技术, 2025, 0(1): 56-60.
[9]	李兴文, 张照资, 杨皓文, 孟羽, 汪倩, 陈思磊. 低压直流电弧检测与分断技术研究综述[J]. 电器与能效管理技术, 2024, 0(8): 1-10.
[10]	王尧, 盛德杰, 李腾, 刘玉莹, 兰天乐, 包志舟, 朱彤威. 低压直流串联故障电弧研究综述[J]. 电器与能效管理技术, 2024, 0(8): 11-20.
[11]	孙昊, 周柳君, 张新宇, 吴翊, 纽春萍. 低压断路器中铁磁性栅片的近极压降影响因素[J]. 电器与能效管理技术, 2024, 0(8): 21-26.
[12]	赵艺凡, 李静, 彭世东. 栅片式直流接触器开断电弧过程中的重击穿现象及成因研究[J]. 电器与能效管理技术, 2024, 0(8): 27-33.
[13]	林臻, 张鹏, 刘向军. 永磁体磁场作用下高压直流继电器电弧重燃的影响因素研究[J]. 电器与能效管理技术, 2024, 0(8): 34-44.
[14]	谢振华, 刘玉莹, 侯林明, 王尧, 周家旺, 盛德杰. 基于注意力机制优化电弧特征的光伏直流电弧故障检测方法[J]. 电器与能效管理技术, 2024, 0(8): 50-56.
[15]	李海波. 基于改进蜣螂算法优化CNN-BiLSTM-Attention的串联电弧故障检测方法[J]. 电器与能效管理技术, 2024, 0(8): 57-68.

空气绝缘开关柜电缆室燃弧压力升计算及分析

Calculation and Analysis of Arc Pressure Rise in AIS Cable Compartment

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 3

参考文献 13

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价