SF6/N2混合气体的直流小电流开断电弧特性研究

doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2025.01.005

摘要/Abstract

摘要：

为研究SF₆/N₂混合气体的电弧特性,建立了一套直流小电流开断平台,通过高速摄像机和可视化样机拍摄不同SF₆气体含量、不同工况下SF₆/N₂混合气体的电弧燃烧过程。研究表明,随着充气压力的升高和SF₆气体含量的升高,电弧半径减小,弧柱中心亮度增强;随着开断速度的减小和电流的增大,电弧半径增大,电弧亮度整体增强。燃弧时间和电弧电压临界值与混合气体中的SF₆气体含量呈负相关关系,而与充气压力呈正相关关系。电弧图像的辅助分析方法,有助于理解SF₆/N₂混合气体的灭弧机理,推动SF₆/N₂混合气体在开关设备中的应用。

关键词: SF₆/N₂混合气体, 电弧图像, 直流, 电弧电压

Abstract:

To investigate the arc characteristics of the SF₆/N₂ gas mixture,a direct current (DC) lower current interruption platform was developed.A high-speed camera and a visual prototype were used to capture the arc combustion process at various SF₆/N₂ mixture concentrations and different operating conditions.The research showed that with the increase of filling pressure and SF₆ gas content,the arc radius decreased and the center brightness of arc increased.With the decrease of interrupting speed and the rise of current level,arc radiuses and arc brightness both increased.The arc burning time and arc voltage critical value were inversely correlated with SF₆ gas content,but positively correlated with filling pressure.The auxiliary analysis of arc images facilitated an understanding of the extinguishing mechanisms associated with SF₆/N₂ gas mixture,thereby advancing its application in switchgear technology.

Key words: SF₆/N₂ gas mixture, arc images, DC, arc voltage

中图分类号:

TM564.1

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.

WANG Zhoujing, CHEN Shizhe, ZHAO Dongxu, LI Xingwen. Study on Arc Characteristics of DC Low Current Interruption in SF₆/N₂ Gas Mixture[J]. LOW VOLTAGE APPARATUS, 2025, 0(1): 28-32.

图/表 10

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表1

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参考文献 15

[1]	戈海猛, 杨向龙. 双碳目标下我国电力行业发展现状与建议[J]. 中国战略新兴产业, 2024(24):179-181.
[2]	王广先, 赵瑞影. 环境优化SF₆替代气体在中高压电力设备中的应用浅析[J]. 电器与能效管理技术, 2022(8):76-80.
[3]	尹天文, 高孝天. 双碳背景下低压电器行业发展思考[J]. 电器与能效管理技术, 2023(1):1-7,23.
[4]	周文俊, 邱睿, 高克利, 等. 环保气体绝缘强度预测模型研究现状[J]. 高电压技术, 2023, 49(3):895-906.
[5]	颜湘莲, 高克利, 郑宇, 等. SF₆混合气体及替代气体研究进展[J]. 电网技术, 2018, 42(6):1837-1844.
[6]	柳玉洁, 任明, 王凯, 等. SF₆/N₂混合气体与纯SF₆气体局部放电统计特性差异对比分析[J/OL]. 高电压技术,1-13[2024-09-11].https://doi.org/10.13336/j.1003-6520.hve.20240420.
[7]	郭璨, 张乔根, 文韬, 等. 雷电冲击下极不均匀电场中SF₆/N₂混合气体的协同现象[J]. 高电压技术, 2016, 42(2):635-641.
[8]	封鼎, 林莘, 马凤翔, 等. SF₆/N₂混合气体弧后分解产物检测与分析[J]. 高压电器, 2024, 60(7):97-106.
[9]	CASANOVAS A M, CASANOVAS J. Decomposition of high-pressure (400 kPa) SF₆-CO₂,SF₆-CO,SF₆-N₂-CO₂ and SF₆-N₂-CO mixtures under negative dc coronas[J]. Journal of Physics D:Applied Physics, 2005, 38(10):1556-1564.
[10]	LI X W, CHEN P, ZHU S, et al. Thermodynamic properties and transport coefficients of SF₆-N₂ arc plasma[C]// 2024 7th International Conference on Energy,Electrical and Power Engineering (CEEPE),2024: 208-213.
[11]	YANG W H, WANG Z J, WANG D B, et al. Arc interruption performance of SF₆/N₂ gas and dielectric recovery in disconnector[C]// 2023 4th International Symposium on Insulation and Discharge Computation for Power Equipment,IDCOMPU 2023,2023:149-156.
[12]	李金儒, 李静, 刘树鑫, 等. SF₆/N₂混合气体断路器弧后击穿特性研究[J]. 电器与能效管理技术, 2023(4):8-14.
[13]	付思, 陈文清, 曹云东. 小电流下弧根运动对空气直流电弧的影响[J]. 高压电器, 2023, 59(11):224-230.
[14]	陈志彬, 姜旭, 史宗谦, 等. 直流小电流下不同气体电弧的图像特性分析[J]. 高压电器, 2016, 52(12):199-203.
[15]	陈悟, 朱菁菁, 朱遵义. 塑壳断路器永磁直线电机操作机构的研究与设计[J]. 电器与能效管理技术, 2019(24):35-39.

实验组别	气体介质	充气压力/MPa	开断速度/ (m·s^-1)	实验电流/A
1	SF₆	0.1	0.3	80
2	SF₆	0.2	0.3	80
3	SF₆	0.3	0.3	80
4	60%SF₆+40%N₂	0.3	0.3	80
5	30%SF₆+70%N₂	0.3	0.3	80
6	30%SF₆+70%N₂	0.3	0.4	80
7	30%SF₆+70%N₂	0.4	0.4	50
8	30%SF₆+70%N₂	0.4	0.4	80

SF₆/N₂混合气体的直流小电流开断电弧特性研究

Study on Arc Characteristics of DC Low Current Interruption in SF₆/N₂ Gas Mixture

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[1]	古知昊, 吴承创, 张超, 何育斌, 任万滨. 高压直流接触器寿命预测模型的研究[J]. 电器与能效管理技术, 2025, 0(1): 1-5.
[2]	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.
[3]	吴昊, 马子文, 伍轩. 中压直流断路器电磁脱扣器设计及其特性仿真分析[J]. 电器与能效管理技术, 2025, 0(1): 45-49.
[4]	李欣, 陈沛龙, 朱石剑, 欧阳泽宇, 钟尧, 王邸博. SF₆/N₂混合气体隔离开关的小电流开断特性仿真研究[J]. 电器与能效管理技术, 2025, 0(1): 50-55.
[5]	王稼骏, 张立茜, 蒋治国, 周璇, 费婉亲. 中低压直流开关电器试验系统应用[J]. 电器与能效管理技术, 2025, 0(1): 61-67.
[6]	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.
[7]	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.
[8]	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.
[9]	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.
[10]	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.
[11]	周学, 代文鑫. 基于时频域参数分析的直流电弧故障检测装置[J]. 电器与能效管理技术, 2024, 0(8): 86-90.
[12]	陈贤卓, 孙健焜, 张森林, 周英姿, 严桦. 不同使用类别下隔离开关单极灭弧容量对比研究[J]. 电器与能效管理技术, 2024, 0(6): 37-41.
[13]	张森, 曹轩, 谭云飞, 赵志宏. 脉冲负载两级式DC-DC拓扑与控制策略研究[J]. 电器与能效管理技术, 2024, 0(5): 20-29.
[14]	潘小宁, 刘向军. 快速分断有机物型温度熔断器的设计与实现[J]. 电器与能效管理技术, 2024, 0(5): 46-52.
[15]	包玉良, 李静, 段薇, 彭世东, 刘树鑫. 直流开断中触头边缘弧根停滞现象及影响因素研究[J]. 电器与能效管理技术, 2024, 0(4): 30-37.