基于新型环保气体的断路器温升特性

摘要

由于SF₆断路器具有严重的温室效应，基于新型环保气体断路器的研究受到了广泛关注。现有关于新型环保气体C₄F₇N/CO₂混合气体的研究大多集中在灭弧、绝缘性能等方面，对其温升特性的研究不够深入，但是绝缘气体的温升特性对断路器的载流能力设计和运行状态监测具有重要意义。为探究新型环保气体断路器的温升特性，本文基于40.5 kV瓷柱式断路器样机搭建了温升实验平台，并建立了电磁–热–流多物理场耦合的仿真模型，对断路器温升特性开展研究。结果表明：断路器灭弧室内温升呈左右对称、上高下低的阶梯状分布，热量主要集中在导体和内部绝缘气体顶部；灭弧室内流场分布较为稳定，导体附近的气体由于受热产生了自然对流现象，气体流速随着温度的升高逐渐增大，最大流速出现在喷口位置；在一定条件下，瓷柱式断路器的导体回路、瓷套管外壳和喷口等典型测点处的温升均随着负荷电流的增大而增加，且喷口和导体处的温度上升速率远高于瓷套管外壳；基于不同气体的瓷柱式断路器温升场具有相似的分布规律，其中C₄F₇N/CO₂混合气体表现出良好的散热能力，且随着混合气体中C₄F₇N气体比例的增加，导体温升逐渐减小；各种气体环境下灭弧室内的流场分布也大致相似，气流速度与灭弧室温度和气体黏度密切相关。研究结果可为新型环保气体C₄F₇N在瓷柱式断路器中的应用提供理论依据，对新型环保绝缘气体在高压断路器温升方面替代SF₆具有重要意义。

关键词

温升特性 / C₄F₇N/CO₂混合气体 / 高压断路器 / 有限元仿真

基金资助

四川省科技厅基金项目（2023YFSY0013）; 云南电科院科技项目（0562002022030304KX00005）