塑殼斷路器滅弧室殼體所受沖擊氣壓的預測系統及方法技術方案

本發明專利技術公開了一種塑殼斷路器滅弧室殼體所受沖擊氣壓的預測系統及方法，包括大電流電源電路、滅弧室殼體試品SP、數據采集系統和高速攝像機，所述大電流電源電路采用單頻LC振蕩回路為所述滅弧室殼體試品SP提供測試用電源，所述數據采集系統與所述大電流電源電路和滅弧室殼體試品SP連接，同步采集電弧電壓和電流信息，所述數據采集系統還連接有壓力傳感器，用于檢測滅弧室的氣壓，所述高速攝像機與計算機連接，通過拍攝電弧動態圖像進行沖擊氣壓預測。本發明專利技術方法簡潔可行，采取直觀的預測公式進行預測，無須對所有新產品滅弧室模型采用實驗的手段獲取其氣壓峰值，大大節省了成本及提高效率。

System and method for predicting shock pressure of arc extinguishing chamber of moulded case circuit breaker

The invention discloses a circuit breaker interrupter shell shock pressure prediction system and method, including high current power supply circuit, interrupter shell test and SP data acquisition system and high speed camera, the high current power supply circuit adopts LC single frequency oscillation circuit for the arc extinguishing chamber shell test SP with power supply test, the data acquisition system with the high current power supply circuit and arc extinguishing chamber shell test SP connection, synchronous acquisition of arc voltage and current information, the data acquisition system is also connected with a pressure sensor for detecting the pressure of arc chamber, which is connected to the high speed video camera and a computer. By shooting the arc dynamic image impact pressure prediction. The method of the invention is simple and feasible, and adopts an intuitive prediction formula to predict, and the pressure peak value of the arc chamber model of all the new products is not required to be obtained by experimental means, thereby greatly saving the cost and improving the efficiency.

【技術實現步驟摘要】
塑殼斷路器滅弧室殼體所受沖擊氣壓的預測系統及方法
本專利技術屬于斷路器
，具體涉及一種塑殼斷路器滅弧室殼體所受沖擊氣壓的預測系統及方法。
技術介紹
低壓斷路器開斷大電流的過程中，滅弧室殼體在很大氣壓的熱空氣沖擊作用下容易應力過大引起殼體變形甚至是斷裂，引發安全事故。目前，現有工作主要針對空氣電弧建立了MHD模型，MHD模型復雜且很難用于工程實踐中；有針對氣壓測量的具體方法，但沒有具體針對電弧等離子體對殼沖擊效應，當滅弧室結構改變或者短路電流發生變化殼體將受到不同的沖擊氣壓。日本的M.Tsukima等人通過實驗與仿真證明了氣吹作用與電磁對電弧的洛倫茲力一樣能夠有效地驅動電弧運動，并首次提出了氣吹(auto-puffer)的概念。McBride針對微型斷路器模型，實驗驗證了觸頭在低速打開過程中氣吹對提高小型斷路器開斷性能的積極作用。在國內，西安交通大學的陳德桂、劉洪武等人率先針對氣吹式塑殼斷路器開斷電路時電弧運動的不同影響因素(產氣材料、上下方氣體阻尼及柵片結構)展開研究，實驗中為了更準確地對電弧的運動圖景進行觀測，自主研發了一套二維光纖觀測系統。研究表明，盡可能封閉滅弧室下方出氣口，采用短柵片結構和POM與尼龍產氣材料均有利于提高斷路器的開斷性能。建立了一維非定常可壓縮流動的數學模型，通過計算滅弧室氣流參數(壓強、速度)沿電弧運動方向分布的一般規律得電弧產生的壓縮波和激波傳播到封閉端與出氣口端產生不同的反射，在滅弧室內形成壓強梯度，由此產生了高速氣流對電弧的直接氣吹作用，實現了從理論上解釋氣流對電弧驅動力的形成原因。需要指出的是，低壓斷路器在開斷大電流時，電弧運動過程復雜，滅弧室內整個氣流場壓強梯度多變，以前的工作沒有具體針對滅弧室殼體沖擊效應，當滅弧室結構改變或者短路電流發生變化殼體將受到不同的沖擊氣壓。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種塑殼斷路器滅弧室殼體所受沖擊氣壓的預測系統及方法，在實驗及數據分析的基礎上，針對不同結構滅弧室、不同短路電流大小，預測滅弧室氣壓。本專利技術采用以下技術方案：塑殼斷路器滅弧室殼體所受沖擊氣壓的預測系統，包括大電流電源電路、滅弧室殼體試品SP、數據采集系統和高速攝像機，所述大電流電源電路采用單頻LC振蕩回路為所述滅弧室殼體試品SP提供測試用電源，所述數據采集系統與所述大電流電源電路和滅弧室殼體試品SP連接，同步采集電弧電壓和電流信息，所述數據采集系統還連接有壓力傳感器，用于檢測滅弧室的氣壓，所述高速攝像機與計算機連接，通過拍攝電弧動態圖像進行沖擊氣壓預測。進一步的，所述壓力傳感器包括壓阻式壓力變送器和壓電式壓力傳感器。進一步的，所述數據采集系統采用瞬態記錄儀進行測量。進一步的，所述大電流電源電路中設置的電感L、電容組C與所述滅弧室殼體試品SP構成一個單頻振蕩放電回路，通過改變所述電容組C的充電電壓得到不同等級的實驗電流。進一步的，所述電容器組C充電電壓和放電電流第一半波有效值的比例為50:1V/kA。一種塑殼斷路器滅弧室殼體所受沖擊氣壓的預測方法，包括以下步驟：S1、將滅弧室模型結構與實驗模型結構進行對比；S2、選取與實驗模型接近的滅弧室作為基準模型，同時確定基準模型的理論燒蝕率倍數K和轉化為滅弧室氣壓上升的電弧功率系數Kp；S3、根據運行條件判斷其電弧功率，根據滅弧室的氣壓與K、Kp和電弧功率關系調整所述理論燒蝕率倍數K和轉化為滅弧室氣壓上升的電弧功率系數Kp；S4、通過線性回歸分析確定氣壓值隨K、Kp及電弧功率的函數關系，得出預測氣壓的峰值；S5、當電弧功率基本不變，滅弧室結構有變化時，根據滅弧室的氣壓與K、Kp和滅弧室結構的關系調整所述理論燒蝕率倍數K和轉化為滅弧室氣壓上升的電弧功率系數Kp；S6、通過線性回歸分析確定氣壓值隨滅弧室的氣壓與K、Kp及滅弧室結構的函數關系，得出預測氣壓的峰值。進一步的，步驟S2中，所述滅弧室包括第一滅弧室和第二滅弧室，所述第一滅弧室基準模型結構的電弧功率峰值為1.6MW；所述第二滅弧室基準模型結構的電弧功率峰值為2.16MW。進一步的，步驟S4中，氣壓值隨所述第一滅弧室的氣壓與K、Kp和電弧功率的函數關系為：P＝﹣9.7637+0.0886K+30.565802Kp+0.7265×Power；所述第二滅弧室的函數關系為：P＝175.0852-238.4033×K-52.9785×Kp+20.2258×Power其中，P為氣壓，K為理論燒蝕率倍數，Kp為轉化為滅弧室氣壓上升的電弧功率系數，Power為電弧功率，單位為兆瓦。進一步的，步驟S6中，氣壓值隨所述第一滅弧室的的氣壓與K、Kp和滅弧室結構的關系為：P＝﹣0.0430+1.0434×K+2.6794×Kp；氣壓值隨所述第二滅弧室的的氣壓與K、Kp和滅弧室結構的關系為：P＝﹣3.2356+4.8254×K-1.8727×Kp其中，P為氣壓，K為理論燒蝕率倍數，Kp為轉化為滅弧室氣壓上升的電弧功率系數。進一步的，通過改變柵片的材料、形狀和數量，雙側出氣口的面積和形狀，銅排設置、產氣材料以及電弧功率調整所述理論燒蝕率倍數K和轉化為滅弧室氣壓上升的電弧功率系數Kp。與現有技術相比，本專利技術至少具有以下有益效果：本專利技術提供一種塑殼斷路器滅弧室殼體所受沖擊氣壓的預測系統，通過大電流電源電路對試品進行供電，利用數據采集系統采集滅弧室殼體的電弧電壓電流信息和滅弧室的氣壓，通過高速攝像機拍攝電弧動態圖像進行沖擊氣壓預測，根據實驗及數據分析的基礎上，針對不同結構滅弧室、不同短路電流大小，預測滅弧室氣壓，對于優化滅弧室結構、提高殼體機械強度具有重要的理論價值和現實意義。進一步的，選用Kisler211B5壓電式壓力傳感器作為滅弧室測量壓力：體積小適用于實驗中塑殼斷路器滅弧室大小；耐高溫并且配合隔熱帽使用適合燃弧階段滅弧室內溫度超過10kK的高溫環境；更高的響應頻率適和測量精度，能夠更客觀地反應開斷電弧過程中的滅弧室氣壓變化過程；6.90bar的量程在適合該實驗中所測量程，相比其他大量程的傳感器會使測量結果更加準確。進一步的，選用專用于低壓電器試驗的數據采集方案：更高的采樣頻率可以將本實驗采樣頻率設為800kHz，相對交流電50Hz的頻率可以精確的采集到數據的波動保證輸出結果不會失真；本實驗中采用的過零觸發方式可以精準的采集到電弧燃起的初試時刻，從而得到準確的實驗波形。進一步的，電感L、電容組C與所述滅弧室殼體試品SP構成一個單頻振蕩放電回路。S1、S2兩個開關分別控制充電回路及主回路，分別控制充電和電路主回路可以確保大功率實驗的安全性；且通過改變電容器組充電電壓得到不同等級的實驗電流，為實驗過程中改變電弧功率提供便捷且可靠的方法。本專利技術還提供一種塑殼斷路器滅弧室殼體所受沖擊氣壓的預測方法，通過將滅弧室模型結構與實驗模型結構進行對比，分析出理論燒蝕率倍數K和轉化為滅弧室氣壓上升的電弧功率系數Kp的取值，然后將具體取值帶入相應氣壓預測公式得出預測氣壓的峰值，使用實驗和仿真相結合的方法，得到氣壓預測的方法真實可靠。本專利技術方法簡潔可行，采取直觀的預測公式進行預測，無須對所有新產品滅弧室模型采用實驗的手段獲取其氣壓峰值，大大節省了成本及提高效率。下面本文檔來自技高網...

【技術保護點】
塑殼斷路器滅弧室殼體所受沖擊氣壓的預測系統，其特征在于：包括大電流電源電路、滅弧室殼體試品SP、數據采集系統和高速攝像機，所述大電流電源電路采用單頻LC振蕩回路為所述滅弧室殼體試品SP提供測試用電源，所述數據采集系統與所述大電流電源電路和滅弧室殼體試品SP連接，同步采集電弧電壓和電流信息，所述數據采集系統還連接有壓力傳感器，用于檢測滅弧室的氣壓，所述高速攝像機與計算機連接，通過拍攝電弧動態圖像進行沖擊氣壓預測。

【技術特征摘要】
1.塑殼斷路器滅弧室殼體所受沖擊氣壓的預測系統，其特征在于：包括大電流電源電路、滅弧室殼體試品SP、數據采集系統和高速攝像機，所述大電流電源電路采用單頻LC振蕩回路為所述滅弧室殼體試品SP提供測試用電源，所述數據采集系統與所述大電流電源電路和滅弧室殼體試品SP連接，同步采集電弧電壓和電流信息，所述數據采集系統還連接有壓力傳感器，用于檢測滅弧室的氣壓，所述高速攝像機與計算機連接，通過拍攝電弧動態圖像進行沖擊氣壓預測。2.根據權利要求1所述的一種塑殼斷路器滅弧室殼體所受沖擊氣壓的預測系統，其特征在于：所述壓力傳感器包括壓阻式壓力變送器和壓電式壓力傳感器。3.根據權利要求1所述的一種塑殼斷路器滅弧室殼體所受沖擊氣壓的預測系統，其特征在于，所述數據采集系統采用瞬態記錄儀進行測量。4.根據權利要求1所述的一種塑殼斷路器滅弧室殼體所受沖擊氣壓的預測系統，其特征在于：所述大電流電源電路中設置的電感L、電容組C與所述滅弧室殼體試品SP構成一個單頻振蕩放電回路，通過改變所述電容組C的充電電壓得到不同等級的實驗電流。5.根據權利要求4所述的一種塑殼斷路器滅弧室殼體所受沖擊氣壓的預測系統，其特征在于：所述電容器組C充電電壓和放電電流第一半波有效值的比例為50:1V/kA。6.一種塑殼斷路器滅弧室殼體所受沖擊氣壓的預測方法，其特征在于，包括以下步驟：S1、將滅弧室模型結構與實驗模型結構進行對比；S2、選取與實驗模型接近的滅弧室作為基準模型，同時確定基準模型的理論燒蝕率倍數K和轉化為滅弧室氣壓上升的電弧功率系數Kp；S3、根據運行條件判斷其電弧功率，根據滅弧室的氣壓與K、Kp和電弧功率關系調整所述理論燒蝕率倍數K和轉化為滅弧室氣壓上升的電弧功率系數Kp；S4、通過線性回歸分析確定氣壓值隨K、Kp及電弧功率的函數關系，得出預測氣壓的峰值；S5、當電弧功率基本不變，滅弧室結構有變化時...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王立軍，王鈺潔，賈申利，李振國，
申請(專利權)人：西安交通大學，
類型：發明
國別省市：陜西,61