万能式断路器温升特性仿真与实验研究

doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2021.04.008

电器与能效管理技术 ›› 2021, Vol. 0 ›› Issue (4): 40-45.doi: 10.16628/j.cnki.2095-8188.2021.04.008

万能式断路器温升特性仿真与实验研究

屈建宇¹, 徐宏宇²

1.国网西安供电公司, 陕西西安 710032
2.西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室, 陕西西安 710049

收稿日期:2020-12-27 出版日期:2021-04-30 发布日期:2021-05-14
作者简介:屈建宇(1988—),男,工程师,博士,主要从事电力系统调控运行及电力设备动热稳定性研究。|徐宏宇(1993—),男,研究方向为高低压电器优化设计。

Simulation and Experimental Studies of Temprature-Rise Characteristics of Air Circuit Breaker

QU Jianyu¹, XU Hongyu²

1. State Grid Xi’an Electric Power Supply Company,Xi’an 710032,China
2. State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment,Xi’an Jiaotong University,Xi’an 710049,China

Received:2020-12-27 Online:2021-04-30 Published:2021-05-14

摘要/Abstract

摘要：

万能式断路器广泛应用于低压配电网,其温升特性关乎设备安全和系统稳定运行。首先论述了基于电磁-热-流多物理场耦合方法的万能式断路器温升计算流程和基本原理;接着建立了万能式断路器的三维仿真计算模型,并确定了仿真计算的边界条件,完成了万能式断路器在自然对流下的稳态温升仿真,获得了断路器各组件的温升特性;最后为了验证计算结果开展了万能式断路器的温升实验,各接线端子温升计算误差在10%以内,结果表明提出的基于电磁-热-流多物理场耦合的温升仿真方法是有效的。

关键词: 万能式断路器, 温升, 电磁-热-流, 有限元, 自然对流

Abstract:

Air circuit breaker is widely used in low voltage distribution system.Its temperature-rise characteristics have critical effects on the safety of power equipment and system.Firstly,the calculation process and basic principle of electromagnetic-thermal-fluid multiphysics coupling method to calculate the temperature rise of the circuit breaker are discussed.Secondly,the simulation calculation model of the air circuit breaker is built,and the boundary conditions of the simulation calculation are discussed.After that,the steady-state temperature rise simulation of the air circuit breaker under natural convection is completed,and the temperature rise characteristics of each component of the circuit breaker are obtained.Finally,in order to verify the calculation results,the temperature rise test of the air circuit breaker is carried out.The results show that the temperature rise calculation error rates of the terminals are less than 10%,which proves the validation of the proposed electromagnetic-thermal-fluid multiphysics coupling method to calculate the temperature rise.

Key words: air circuit breaker, temperature rise, electromagnetic-thermal-fluid, finite element, natural convection

中图分类号:

TM561

屈建宇, 徐宏宇. 万能式断路器温升特性仿真与实验研究[J]. 电器与能效管理技术, 2021, 0(4): 40-45.

QU Jianyu, XU Hongyu. Simulation and Experimental Studies of Temprature-Rise Characteristics of Air Circuit Breaker[J]. LOW VOLTAGE APPARATUS, 2021, 0(4): 40-45.

图/表 9

图1

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图9

参考文献 13

[1]	PAULKE J, WEICHERT H, STEINHAEUSER P. Thermal simulation of switchgear[J]. IEEE Transactions on Components,Packaging and Manufacturing Technology, 2002,25(3):434-439.
[2]	葛瀚明, 许志红, 姚国华. 小型断路器导电回路温度场的仿真与分析[J]. 电器与能效管理技术, 2017(4):35-63.
[3]	杨文强, 张蓬鹤, 张保亮. 小型断路器温升预测与仿真分析[J]. 电器与能效管理技术, 2020(6):25-29.
[4]	胡金利, 卢为民, 姜义非. 小型断路器双金属片温升仿真研究[J]. 电器与能效管理技术, 2020(12):60-66.
[5]	徐宏宇, 朱金保, 南添, 等. 低压配电柜温度场计算与分析[J]. 电器与能效管理技术, 2019(24):6-11.
[6]	于庆瑞, 王思润, 黄旭阳, 等. 核电1E级开关柜温升特性的多物理场仿真和优化[J]. 电器与能效管理技术, 2018(19):16-21.
[7]	冯璟, 许文良, 李景新. 万能式断路器散热仿真研究[J]. 电器与能效管理技术, 2015(10):26-31.
[8]	王勇. 低压断路器主回路温升的仿真模型研究[J]. 装备制造技术, 2014(4):182-183.
[9]	朱立明. 万能式断路器温升影响因素及降温升方法讨论[J]. 电器与能效管理技术, 2016(24):20-25.
[10]	宗兆科, 史华宁. 高海拔环境对万能式断路器温升影响的研究[J]. 电器与能效管理技术, 2017(11):19-22.
[11]	DAWIDOWSKI P, SZEWCZYK M, SOWA K, et al. Thermal behaviour analyses of gas-insulated switchgear compartment using thermal network method[J]. Iet Generation,Transmission & Distribution, 2016,10(12):2833-2841. doi: 10.1049/gtd2.v10.12
[12]	张敬菽, 王其恺, 孙会刚. 基于热网络法的高压开关设备热特性分析[J]. 高压电器, 2010,46(5):34-38.
[13]	BARCIKOWSKI F, LINDMAYER M. Simulations of the heat balance in low-voltage switchgear[C]// Proc.20th Int.Conf.Elect.Contacts, 2000: 232-239.

万能式断路器温升特性仿真与实验研究

Simulation and Experimental Studies of Temprature-Rise Characteristics of Air Circuit Breaker

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[1]	王跃, 谭俊. 基于振动特性有限元仿真的立方英寸继电器减振设计[J]. 电器与能效管理技术, 2021, 0(4): 24-28.
[2]	胡金利. 基于双金属片精细建模的小型断路器热脱扣仿真及实验研究[J]. 电器与能效管理技术, 2021, 0(4): 34-39.
[3]	计新华, 郑彬, 张杰, 赵青青. 交流接触器电寿命失效问题分析及验证[J]. 电器与能效管理技术, 2021, 0(4): 59-62.
[4]	郭树财, 马彦深, 王喜莲. 交流接触器电磁特性分析[J]. 电器与能效管理技术, 2021, 0(2): 14-18.
[5]	于国飞, 袁仲林, 郑翔. 高压直流继电器触头间电动斥力分析[J]. 电器与能效管理技术, 2020, 594(9): 13-17.
[6]	张海跟, 舒亮, 游颖敏, 陈冲, 洪邦光. ACB电子控制器关键技术研究^*[J]. 电器与能效管理技术, 2020, 593(8): 23-28.
[7]	杨文强, 张蓬鹤, 张保亮. 小型断路器温升预测与仿真分析[J]. 电器与能效管理技术, 2020, 591(6): 25-29.
[8]	张广智, 尹家灿, 赵鹏, 王琬璐. 万能式断路器触头系统电动稳定性的仿真计算[J]. 电器与能效管理技术, 2020, 589(4): 54-61.
[9]	郝双, 曹云东, 耿莉娜, 崔巨勇, 李静. 多芯体避雷器时变温度场仿真研究[J]. 电器与能效管理技术, 2020, 588(3): 23-27.
[10]	王家鑫. 一种大容量接地开关触头结构的电动力分析与计算[J]. 电器与能效管理技术, 2020, 588(3): 55-58.
[11]	张莹莹, 沈海鹰. 美国舰用塑壳断路器的鉴定试验研究[J]. 电器与能效管理技术, 2020, 588(3): 92-96.
[12]	胡金利, 卢为民, 姜义非. 小型断路器双金属片温升仿真研究[J]. 电器与能效管理技术, 2020, 0(12): 60-66.
[13]	肖斌, 刘洋, 翟国富. 基于径向基函数神经网络的接触器性能快速算法[J]. 电器与能效管理技术, 2020, 586(1): 40-45.