浅析液态金属限流器PPT课件

故障电流限制技术的发展与国内外现状
童文杰
传统限流器
第1类 在电力线路上 使用串联感应 电抗来限制短 路电流。
故障电流限制技术的发展与国内外现状
第2类 在电力线路上 串联常闭并联 旁路开关的限 流电阻，故障 时打开旁路开 关，故障电流 即被转移到限 流电阻上。
童文杰
新型限流器
• 安徽凯立公司利用爆炸桥原理研发的FSR爆炸桥限流器 • 利用超导材料的特性研发的超导电流限制器 • 利用正温度系数的材料聚合物PT研发的PTC限流器 • 利用导电颗粒媒介间的接触电阻与外施压力之间的关系研发的
李栗
二维Ansoft电磁场模拟
二维空间的一个圆柱面
二维空间中圆柱面的磁场分布图 二维空间中圆柱面的矢量磁场分布图
圆柱坐标系恒定电磁场数值模拟
李栗
三维Ansoft电磁场模拟
仿真三维空间圆柱体的图形
三维空间中圆柱体的磁场分布图
圆柱坐标系恒定电磁场数值模拟
磁场的矢量分布图
李栗
限流器模型描述
液态金属限流器实物模型
可知在边界面，r=a处，Az满足物性参数，导体和空气部分的相对磁 导率μr=1
由此可得，
求解上式可解得，
由此可得圆拄外的矢量磁位，
圆柱坐标系恒定电磁场数值模拟
李栗
圆柱坐标系恒定电磁场数值模拟
在空气模型外边界r=2m处，令Az2=0。可得出 此时Az1为
对A取旋度，可得导体内外的磁通量密度
圆柱坐标系恒定电磁场数值模拟
浅析液态金属限流器
电气91
李戈 韩云飞 黄向成 李栗 武泽辰 童文杰
目录
李戈
研究制器(FCL，简称限流器)能有效的限制短路电流，减小短 路电流对设备的损害。
研究背景与意义
李戈
为什么不得不用限流器呢？
冲击电流会在电气设备中产生高温和很大的电动力，对系 统的安全与稳定运行产生严重的影响，甚至有可能造成人 员的伤亡。
得，
其通解为：
圆柱坐标系恒定电磁场数值模拟
李栗
圆柱坐标系恒定电磁场数值模拟
r=0时，Az1应为有限值，则C1=O。从而可知
其中，Az1为对应半径r≤a区域的磁势。在导体外部(r≥a)，没有电流分 布，Az2满足拉普拉斯方程
其通解为 由矢量磁位的边界条件
圆柱坐标系恒定电磁场数值模拟
李栗
圆柱坐标系恒定电磁场数值模拟
• 内部无电弧 • 限流和断流是可逆的 • 适用于高电压大电流 • 反应时间短 • 金属磨损少便于维护
液态金属限流器的发展与现状
黄向成
黄向成 李栗 武泽辰
液态金属限流器的 原理与效果
汞限流器
2.8ms
汞限流器在2.8ms 时限制了电流
温度场数值模拟
汞限流器实验电流曲线图
黄向成
汞限流器
• 温度为293 K时， 汞限流器在2.8ms 时内部最高温度达 到了663.837K
温度场数值模拟
汞限流器2.8ms温度等值线图
黄向成
GalnSn限流器
• 电流得到限制也就
2.2ms
是2.2ms时，其内
部最高温度也只有
340.35K
温度场数值模拟
GaInSn限流器通道入口节点温度-时间曲线图
黄向成
GalnSn的物性参数
但是，实验结果却能证实此时限流器内部的GaInSn得到了汽 化， 并因此限制了短路电流
厂家更换爆炸桥和熔断器 • (6)无法满足无人值守要求，平
时运行的监视和维护工作量大
故障电流限制技术的发展与国内外现状
童文杰
粉末颗粒限流器
• 粉末颗粒限流器的原理是通过控 制颗粒间作用力来改变接触电阻。
故障电流限制技术的发展与国内外现状
童文杰
超导体限流器
故障电流限制技术的发展与国内外现状
童文杰
液态金属限流器应运而生
研究背景与意义
李戈
为什么不得不用限流器呢？
人民生活水平的不断提高，电力系统中的短路电流水平在不断地增长 对配电系统电气设备提出了更为苛刻的要求。
研究背景与意义
李戈
为什么不得不用限流器呢？
电力的稳定供应同样在企业生产中非常重要。
研究背景与意义
李戈
为什么液态金属限流器会出现？
传统限流器暴露出来的缺点日趋明显
限流器内部产生电弧
缺点
液态金属限流器的发展与现状
黄向成
镓铟锡限流器
液态金属限流器的发展与现状
黄向成
ABB金属限流器
瑞士ABB公司在其一项专利中提出了利用液态金属研制的可自恢复 的限流器外加装置产生的电磁引力来改变液态金属在槽内的位 置，从而改变限流器内部电阻
液态金属限流器的发展与现状
黄向成
ABB金属限流器
1
限流设备体积 庞大
2 设备维护不便
3 装置可靠性差
4 操作成本高
能很好的弥补传统限流器的不足 具有广阔的市场前景
研究背景与意义
李戈
童文杰
故障电流限制技术的发展 与国内外现状
故障电流限制器须满足下列要求
• (1)必须能限制故障短路电流的第一个峰值 • (2)正常运行时对系统没有影响 • (3)动作时不造成过电压 • (4)故障解除后自动复位 • (5)成本较低，能为电力部门所接受
温度场数值模拟
黄向成
圆柱坐标系恒定电磁场数值模拟
下面列举一算例来进行数值计算。
算例描述：半径为a=1 m的无限长圆柱导体内，电流沿轴向流动，
其横截面电流密度为J= 。采用圆柱坐标系，取轴线方向为Z方
向。求磁势Az及磁通量密度B。由于电流沿z轴流动，矢量磁位只
有z分量，即
。在导体内部r≤a)，Az1满足泊松方程，简化
• 有的限流器对于工作环境要求较高，如超导限流器
• 有些则还处于实验室研发阶段
故障电流限制技术的发展与国内外现状
童文杰
黄向成
液态金属限流器的 发展与现状
液态金属汞高阻抗故障电流限制器
1 2 3
液态金属限流器的发展与现状
黄向成
镓铟锡(GaInSn)液态金属研制限流器
1》饱和蒸汽压力很低
优点 2》无毒 3》限流能力较汞限流器又有所加强
粉末颗粒限流器 • 利用现代电力电子技术研制的固态限流器。
故障电流限制技术的发展与国内外现状
童文杰
FSR爆炸桥限流器
• (1)造价相对便宜，短路时能较 好的满足开断短路电流的要求
• (2)技术比较成熟，已产品化投 放市场
• (3)能满足企业环保的要求 • (4)体积较大，需另增加监视和
控制柜 • (5)属易耗品，每次动作后均需
GalnSn限流器电磁场数值模拟
计算区域的几何模型
武泽辰
边界条件的确定
则电位为，
其中J r 、J 、J z 为柱坐标中r、、z方向的电流密度分量。
GalnSn限流器电磁场数值模拟
武泽辰
边界条件的确定