[发明专利]一种SF6

权利要求书

1.一种SF₆断路器触头开启过程电弧等离子体多物理场有限元仿真分析方法，其特征在于：通过下述步骤完成：

步骤1：在COMSOL Multiphysics中构建SF₆断路器灭弧室内部几何结构，设定触头打开瞬间断路器初始几何结构参数；

步骤2：对构建的SF₆断路器灭弧室内部几何结构进行有限元网格剖分和材料属性添加；

步骤3：添加模型物理场设置及边界条件，并进行瞬态求解器的配置；

步骤4：根据计算结果分析灭弧室内SF₆气体的速度、温度、压力、电磁场和电弧特性的演变规律。

2.如权利要求1所述一种SF₆断路器触头开启过程电弧等离子体多物理场有限元仿真分析方法，其特征在于：步骤1中，SF₆断路器灭弧室内部几何结构采用二维轴对称空间维度，具备两个间距可调的电极、气体区域和结构支撑部件。

3.如权利要求1所述一种SF₆断路器触头开启过程电弧等离子体多物理场有限元仿真分析方法，其特征在于：步骤2中，采用自由三角形网格进行剖分，并设置SF6气体和铜触头的材料属性，包括：相对介电常数、相对磁导率、密度、恒压热容、比热率、动力粘度、导热系数、电导率与总体积辐射系数。

4.如权利要求3所述一种SF₆断路器触头开启过程电弧等离子体多物理场有限元仿真分析方法，其特征在于：自由三角形网格为：最大单元尺寸为20mm；最小单元尺寸为0.24mm；最大单元增长率为1.2；曲率因子为0.3；狭窄区域分辨率为1。

5.如权利要求3所述一种SF₆断路器触头开启过程电弧等离子体多物理场有限元仿真分析方法，其特征在于：步骤3中，物理场设置包括：电路、层流、电流、流体传热、磁场、动网格、一般形式边界偏微分方程、平衡放电热源多物理场耦合、温度多物理场耦合、静态电流密度分量、洛伦兹力、流动耦合；

各物理场的边界条件设置为：

1)电路：

a)接地节点；

b)电压源V1：电压5-35[kV]，DC偏移0-10[kV]，频率50[Hz]，相位1.57[rad]；

c)电容C1：电容0.05E-6[F]，初始电容器电压：0[V]；

d)电感L1：电感6.215E-3[H]，初始电感器电流：0[A]；

e)电阻R1：电阻：0.715[Ω]；

f)电容C2：电容0.05E-6[F]，初始电容器电压：0[V]；

g)电阻R2：电阻：10E6[Ω]；

h)外部Ivs U：电势：终端电压；

2)层流：

a).流体属性：SF₆气体；

b).初始值：速度场0[m/s]，压力0[Pa]，静水压力补偿；

c).轴对称；

d).壁：边界条件：无滑移；

e).重力：重力加速度：r：0[m/s²]，z：-g_const[m/s²]；

f).压力点约束：压力0[Pa]；

3)电流：

a)电流守恒：所有域；

b)轴对称；

c)电绝缘：除终端和接地外所有边界；

d)初始值：电压0[V]；

e)终端：终端名称：1，终端类型：电路；

f)接地：电势0[V]；

4)磁场：

a)安培定律：所有域；

b)轴对称；

c)磁绝缘：所有边界；

d)初始值：磁矢势：0[Wb/m]；

e)磁矢势限界修复：所有域，散度条件变量缩放：1[A/m]；

5)流体传热

a)流体：SF₆气体区域；

b)初始值：温度293.15[K]；

c)轴对称；

d)热绝缘；

e)固体：除SF₆气体所有域；

f)热通量：所有边界，对流热通量，传热系数：5[W/(m²·K)]，外部温度：293.15[K]；

6)动网格

a)固定网格；

b)指定网格位移1；

c)自由变形；

d)指定网格位移2；

e)指定网格速度3；

f)指定网格位移4；

7)一般形式边界偏微分方程

a).一般形式边界偏微分方程；

b)初始值；

c)系数形式偏微分方程；

d)狄氏边界条件1；

e)狄氏边界条件2；

8)平衡放电热源多物理场耦合：电流、流体传热：

a)平衡放电热源：热源分量：包含焓传递、包含焦耳热、包含体积净辐射损失；

b)平衡放电边界热源1：电极极化：阳极，表面功函数：4.15[V]；

c)平衡放电边界热源2：电极极化：阴极，表面功函数：4.15[V]；

9)温度多物理场耦合：流体传热、电流；

10)静态电流密度分量：电流、磁场；

11)洛伦兹力：磁场、层流；

12)流动耦合：层流、流体传热。

6.如权利要求1所述一种SF₆断路器触头开启过程电弧等离子体多物理场有限元仿真分析方法，其特征在于：步骤3中，瞬态求解器采用全耦合直接求解器，选择MUMPS方法，内存分配因子1.2。