C_(4)F_(7)N混合气体在40.5 kV断路器中的应用研究：（一）燃弧特性仿真与灭弧性能评估

作者：张博雅; 周然; 郝迈; 蒲云杰; 李兴文; 姜旭; 朱凯; 邓云坤

来源：中国电机工程学报, 2022, 42(23): 1-12.

DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.212623

• C_(4)F_(7)N
• 气体断路器
• 磁流体动力学仿真
• 灭弧性能
• 弧后电流

C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体是目前最具潜力的SF_(6)替代气体，进一步研究其灭弧性能对研发新一代环保型气体开关设备意义重大。本系列文章围绕C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体在40.5 kV自能式断路器中的应用开展研究。本系列文章（一）在获得气体物性参数的基础上，建立了SF_(6)、5%C_(4)F_(7)N/CO_(2)及6%与20%O_(2)含量下5%C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体在开断31.5 kA短路电流过程中的磁流体动力学电弧模型，通过仿真计算得到了不同灭弧介质的电弧温度、灭弧室内气压和气流场分布等特性，分析了氧气含量对混合气体开断性能的影响规律，最终根据Mayr电弧模型对不同介质的弧后热开断性能进行了定量评估。研究表明，C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体电弧在径向方向扩散速度不如SF_(6)，因此对膨胀室的加热效果弱于SF_(6)，气吹灭弧效果不明显。5%C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的热开断性能约为SF_(6)的31.3%。加入O_(2)可以提升电弧对膨胀室的加热效果，从而提升混合气体的灭弧性能。但是，在现有断路器结构下，C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体灭弧性能仍与SF_(6)有一定差距。

• 单位
  电力设备电气绝缘国家重点实验室; 西安交通大学; 西安西电开关电气有限公司; 云南电网有限责任公司电力科学研究院