李 美 王一玮 李 林 郭鹏程

(1. 西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室 西安 710048；2. 常熟开关制造有限公司 常熟 215500)

1 引言

电力系统输配电网络中的密闭型电力开关设备是重要的控制与保护设备。若密闭开关设备内部发生短路情况，则可能引起故障电弧事故。故障电弧燃烧期间，向周围空间释放大量能量，加热气体，引起压力骤增[1]。其产生的高温和高压效应对开关设备、运行人员以及建筑物的安全构成巨大威胁[2-3]，更严重者甚至引起电网的供电中断。

对于中高压密闭型开关设备，内部绝缘气体通常为空气和SF6。特别对于SF6，在低温环境良好的热导率、低电导率和高介质强度使得密闭开关设备的结构设计更加紧凑。然而，由于 SF6具有较高的温室效应和较长的分解周期，因此寻找合适的替代绝缘气体以减少开关设备 SF6的使用量迫在眉睫。当下，对于 CO2和 N2作为替代气体的研究探索越来越多[4-6]。因此，研究开关设备内不同绝缘气体故障电弧的压力特性对于替代气体开关设备的优化设计具有重要意义。

一直以来，密闭型开关设备故障燃弧引起的压力效应都备受关注。文献[7]根据理想气体方程和能量守恒定律，基于标准计算方法(Standard calculation method，SCM)计算了带有压力释放阀的开关设备内部压力变化。文献[8]采用射线追踪法研究了变电站建筑内的压力波传播规律。文献[9]采用计算流体动力学方法(Computational fluid dynamics，CFD)计算了密闭空气腔体内部发生故障电弧引起的压力上升过程。……