SF6断路器开断过程的仿真分析
【摘 要】本文提出一种使用计算机仿真软件模拟SF6高压断路器开断过程的方法。以流体力学、电弧理论和电场学为基础，建立了灭弧室内流场分布和电场分布的数学模型，并通过仿真软件分析了SF6高压断路器开断短路电流时灭弧室的流场分布和电场分布。并使用这种仿真方法确定了断路器的短燃弧时间，与断路器的实际最短燃弧时间对比，证明了该仿真方法的可行性。
【关键词】SF6高压断路器；短燃弧时间；介质恢复强度；仿真
1 数学模型
1.1 灭弧室气流场计算模型
对于有粘流体，应采用二维可压缩N-S方程组表示。考虑到湍流对灭弧室气流场的影响，计算气流场时还应加入湍流计算模型。本文采用在工程中具有较强通用性的 二方程湍流模型。
将N-S方程组与 二方程湍流模型联立，二维轴对称向量形式如下：
本方程组中的常数为：
1.2 灭弧室电场计算模型
1.3 介质恢复强度
本文采用流注理论计算介质恢复强度，计算公式如下：
2 仿真分析
本文试品为双断口550kV压气式断路器，每个均压电容电压为不超过额定电压的55%，额定开断电流63kA。灭弧室主要参数有：分闸行程200mm，喷口直径37mm，触头超程45mm，气缸活塞截面积16463mm2，充气压力为0.6MPa，温度为293K。
本文采用基于有限体积法的Fluent6.3.26作为流体计算软件，基于有限元法的Ansys12.0作为电场计算软件。两者采用数值分析法求解时，首先都要对计算区域进行网格划分，由于两者计算区域不同，以往的计算思路是两种场的数值求解各自进行。并且Fluent和Ansys剖分网格的方式不同，不能保证气体通道区域流场计算和电场计算节点的一致性，不利于流场和电场的耦合计算。为解决这些问题，本文采用Hypermesh对灭弧室剖分网格。Hypermesh是一种专业网格剖分软件，与Fluent和Ansys都有很好的软件接口。具体计算流程如图1。从图1可以看出，使用Hypemesh不仅减少了网格剖分次数，提高了计算效率，而且保证
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