8.3.2 不同开断条件下的样机限流特性的仿真和分析

上述的简单仿真方法，尽管尚需样机的部分试验数据和经验，但已可应用这种技术仿真在不同开断条件下样机的限流特性，代替过去只能通过费用昂贵的短路试验才能获得的结果，以下为不同开断条件下样机限流特性的计算和分析。

1.限流特性与预期短路电流的关系

当U=232V，cosφ=0.4，合闸相角ψ=60°（即电流过零时合闸），在不同预期短路电流I_p条件下，计算样机的开断特性，获得限流电流峰值i_lp、允通焦耳积分和电弧能量与预期短路电流I_p的关系如图8-8a、图8-8b、图8-8c所示，三者都随I_p的增加近乎线性上升。

2.限流特性与合闸相角ψ的关系当预期短路电流I_p=14.4kA，U_e=232V，cosφ=0.4峰值i_lp、和与合闸相角ψ的关系如图8-9所示。由图8-9中可以看出，最大限流峰值出现于60°<ψ<90°，而最大则出现于45°<ψ<75°。因而可认为若取电流过零时合闸，即ψ=60°（对应cosφ=0.4），则可获得对样机最苛刻的开断条件。

图8-8 限流特性与预期短路电流关系

图8-9 限流特性与合闸相角的关系

3.结构参数与样机限流特性的关系(https://www.daowen.com)

应用仿真技术，当改变样机的某些结构参数，即可预测其限流特性的变化，利用这种技术可选择断路器的最佳结构参数。以下分析是当改变灭弧栅片数n时，样机限流特性的变化。

在预期短路电流I_p=14.4kA，U_δ=232V，cosφ=0.4，ψ=60°条件下改变样机的灭弧栅片数n，通过仿真，计算限流特性，获得限流峰值i_lp，允通焦耳积分，电弧能量与灭弧栅片数n的关系如图8-10所示。必须指出计算是在栅片间距和其他结构工艺条件都能保证电弧顺利进入每个栅片情况下进行。图8-10结果表明，栅片数的增加，将使限流峰值i_lp、、几乎成线性地减少，尤其是对减少允通焦耳积分效果特别显著，这是由于增加栅片数n，明显地改善了限流电流波形如图8-11所示。由图8-11可以看出，当不同栅片数时，限流波形出现大小不同的尾巴，由于这一尾巴是在电流峰值后出现的，这意味着电弧已进入栅片，由下式决定电流波形

图8-10 灭弧栅片数与限流特性的关系

可见，进入灭弧片后，电流波形是否出现尾巴，和尾巴的大小决定于电弧电压U_arcm与电源电压U之间的竞争，若电弧电压峰值较电源电压大，则电流被迅速降至零，使电流波形尾巴很短或没有尾巴，否则会出现较大的尾巴。

图8-11 不同灭弧栅片数时的限流电流波形

a）n=8 b）n=10 c）n=12 d）n=15

开断条件：I_p=14.4kA，U_δ=232V，cosφ=0.4，ψ=0°，β_v=4.19×10-7