PDF《封闭容器内部短路燃弧爆炸压力效应计算》

第3 7卷第6期爆炸与冲击Vol.

37,N o .

6 2

0 1 7年1 1月EXPLOSION AN DS HO C K WAV E S N o v . ,2

0 1

7 D O I :

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1 1

8 8

3 /

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5 5 (

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6 5 -

0 7 封闭容器内部短路燃弧爆炸压力效应计算 * 黎鹏1 , 阮江军1 , 黄道春1 , 徐国顺2 , 龙明洋1 , 魏梦婷1 ( 1. 武汉大学电气工程学院, 湖北 武汉

4 3

0 0

7 2;

2. 海军工程大学电气工程学院, 湖北 武汉

4 3

0 0

3 3 ) 摘要:中压开关设备内部短路燃弧爆炸对设备、 建筑物以及工作人员的安全带来了严重威胁.为提出合 适的数值计算方法对短路爆炸引起的压力效应进行计算, 对开关设备内部短路燃弧的能量平衡机制进行了 分析;

通过分析燃弧过程的热 - 力效应, 提出了基于 C F D 法的间接耦合分析方法, 并开展了实际封闭容器内部 短路燃弧实验验证了算法的可行性.研究结果表明: 实验测量与模拟计算获得的平均压强仅相差2%左右;

电弧尺寸对压力升的影响较小;

封闭容器内部压力升随电弧能量的增大近似线性增大;

安装负压室后燃弧室 的压强可降低6 0%左右, 因此, 增设负压室可有效抑制开关设备内部短路爆炸引起的压力升. 关键词:开关设备;

内部短路燃弧;

封闭容器;

C F D;

压力升 中图分类号:O

3 8

9 国标学科代码:

1 3

0 3

5 文献标志码:A 中压开关设备距居民区较近, 操作频繁, 其安全问题相比其他高压开关设备更应重点关注[

1 ] , 特别 是内部电弧故障引起的爆炸事故时有发生[

2 ] .据不完全统计, 全国平均每年因手车柜电弧短路故障烧 毁的开关柜多达2

0 0多个[ 3] ;

据德国精密机械和电工技术职业协会的事故统计表明, 电弧故障引起的事 故约占电流事故的2 5% [ 4] , 可见电弧故障为中压开关设备中不可忽视的一大安全隐患, 一旦发生, 其产 生的高压及高温效应将对工作人员、 设备以及建筑物的安全造成巨大威胁[

5 -

6 ] . 为减少中压开关设备内部短路爆炸事故的发生, 国外针对简易小尺寸封闭容器开展了较多数值模 拟与实验研究.文献[

6 -

8 ] 中介绍了开关设备内部短路燃弧压力升的多种简化数值计算方法, 比较了不 同方法的差异, 并通过实验与计算分析了简易开关模型内部的压力效应;

C I G R E A 3.

2 4工作组[

9 ] 在假 设隔间内压力均匀分布的条件下, 提出了简化数值计算模型, 对不同介质下开关设备内部短路燃弧引起 的压力升进行了计算;

文献[

1 0 -

1 2 ] 中对封闭容器内部短路燃弧引起的压力升开展了数值模拟与实验研 究, 分析了热转换系数k p在不同条件下的变化规律.国内针对该问题开展的研究较少, 文献[

1 3] 针对 开关柜内部短路燃弧问题, 提出了获得各隔室压力及温度整体分布的简化数值计算方法;

文献[

1 4 -

1 5] 开展了模拟开关柜相间燃弧实验, 测量了电弧燃烧过程中柜体内部的压力变化, 并对柜体整体的压力升 进行了计算.目前, 对开关设备内部短路爆炸压力效应的计算, 仍以简化算法获得整体的压力变化为 主, 而对于利用 C F D 法获得设备内部压力的空间分布缺乏系统研究.文献[

1 6 -

1 7] 提出的磁流体动力 学( MHD) 法可建立与实际接近的电弧等离子模型, 获得的压力数值精度较高, 但计算量较大, 对实际开 关设备的应用有限.因此, 有必要对开关设备内部短路爆炸压力升的计算开展进一步研究. 本文中对开关设备内部短路燃弧的能量平衡机制进行分析, 利用 L - C振荡回路开展了实际短路燃 弧实验, 分析短路燃弧故障时的压力及温度效应, 据此提出基于 C F D 的间接耦合分析方法;