限流熔断器的重要作用

 限流熔断器是电力系统中十分常见的保护装置,主要用来保护发电机、变压器等重要设备。限流熔断器在快速切断短路电流的同时,不可避免地会产生较高的开断过电压反作用于被保护设备上,可以使用避雷器与限流熔断器组合来限制这种过电压。本课题主要研究限流熔断器的熔断过程以及开断过电压情况,为设计避雷器提供依据,也可以为熔断器的设计提供帮助。 熔断器的熔断过程是一个热电耦合的复杂物理过程,本文根据电磁场理论中的电流连续性方程对限流熔断器熔体建立了温升的电流场物理模型;根据传热学理论中描述有内热源的温度场的微分方程建立了熔体温升的温度场物理模型;利用能量守恒定律把电流场和温度场方程联立起来,并进行一系列的假设和简化,建立了描述熔体熔断过程的热电耦合数学模型。对方程组的求解选用有限元方法,并引入大型通用有限元计算软件ANSYS对上述数学模型进行辅助计算。本文以两种不同几何形状的熔体为例,详细介绍了在ANSYS中建立熔体实体模型、确定边界条件、加载并求解的全过程。由计算结果与实际试验曲线对比可得:该种方法能够比较准确地计算出较大短路电流下(熔断器额定电流的50倍以上)熔断器的弧前时间,误差一般在5%以内;同时还可以算得熔断器在弧前的电阻时间特性,为开断过电压仿真计算电路中的限流熔断器模型提供数据。 对熔断器开断产生的过电压研究,是以限流熔断器开断短路电流试验电路为研究主体。在电磁暂态计算程序——EMTP/ATP中,根据实际情况建立了熔断器开断试验电路的仿真模型,其中熔断器模型采用一个时间变量非线性电阻和开关的组合来代替,前者代表熔断器熔断过程的弧前电阻,后者控制开断时间,两者均由ANSYS计算得到。把上述两种熔断器的计算结果运用于ATP仿真电路中,得到相应状态下的仿真波形。将实测波形与仿真结果进行比较,熔断器端过电压的幅值比较准确,误差不超过5%。但是电压波形相差较大,特别是弧后部分。本文*后对误差原因进行了分析,并运用多个非线性电阻串联的方法,在ATP仿真电路中构建了更为准确的熔断器模型,采用这种改进的仿真电路,可以得到与实测电压十分接近的仿真结果。