博士后成就展——博士后重大科研成果.PDFVIP

博士后成就展——博士后重大科研成果 强电流空气电弧研究及其在低压开关电器中的应用 强电流空气电弧研究及其在低压开关电器中的应用项目，2009 年度获得江 苏省科学技术进步三等奖。由常熟开关制造有限公司（原常熟开关厂）刘洪武博 士后于2006-2008 年作为主要完成者（排名第四）参与该项目。 研究成果的科学意义：目前，低压空气开关电器正在向小型化、智能化、高 性能的主流方向发展，从产品设计的角度，往往希望灭弧室在体积不变的情况下 获得更高的开断能力，或者通过缩减灭弧室占用的体积，将更多的空间用于丰富 产品的其他功能，因此空气电弧的灭弧研究成为了设计开关电器产品的关键。基 于此，长期以来国际上对空气开关电弧等离子体的研究都非常活跃，不断丰富和 拓展着人们对空气介质电弧放电过程的认识。在此背景下，灭弧系统的空间变得 越来越紧凑，同时随着电力系统的电压等级不断提高、短路容量不断提升，灭弧 室中的能量密度更高、影响电弧行为的因素相互交织、越来越复杂；电弧引起的 电极烧蚀更严重、电弧在栅片表面形成有效弧根更困难，特别是电弧运动过程中 的背后击穿和电弧电流过零后的重燃现象等成为阻碍开断性能提升的主要问题， 严重制约着开断容量的不断提高需求。因此，深入研究新型空气开关电器所存在 的强电流电弧开断问题就显得非常急需和必要，这对提高我国开关电器产品的自 主创新与研发水平，掌握关键的核心技术，增强产品的国际竞争力，具有非常重 要的现实意义。 项目取得的主要研究成果：项目运用先进的计算机仿真及测试手段，对低 压空气介质开关电器中的强电流开断电弧的发展过程及电弧等离子体行为进行 综合研究，系统地掌握开关电器的灭弧室结构、材料等对电弧过程和行为的影响 规律，从而获得对灭弧室的优化设计方案，促进新原理新结构的发明，使开关电 器在产品小型化、节能环保、极限短路开断能力及电寿命等方面的性能指标得到 提高。本项目的相关成果应用于新一代的低压空气介质开关电器产品，开发了 CM2、CM3 系列塑壳断路器，CW2、CW3 系列万能式断路器等高性能产品，使 这些产品的关键性能指标获得了突破性的提高，并在产品小型化、节能环保、降 低成本等方面获得进步，产品投产鉴定和技术成果鉴定结论认为，其综合技术水 平达到国际先进水平，部分性能指标处于国际领先水平。 目前已取得的社会经济效益：公司通过对强电流低压空气电弧行为的综合 研究，解决了新一代低压开关电器产品开发中的关键技术问题，在基于研究取得 成果的基础上历经 4 年多时间开发出了新一代的万能式断路器和塑壳断路器产 品，引领了我国低压电器行业的技术发展潮流，其先进的研发手段和产业化过程 中自动化生产、检测流水线的运用对本行业起到了重要的示范作用，带动了本行 业整体研发、制造水平的提升。产品的推广应用也打破了国外公司对高技术电器 产品的垄断，实现了我国企业与国外公司强有力的竞争，进一步增强了我国民族 电器工业的自身竞争能力。项目产品自2010 年投放市场以来，已累计实现销售 收入26.8 亿元，利税 10.7 亿元，广泛应用于电力、机械、矿山、冶金、石化、 建筑、船舶、核电和新能源发电等领域。产品性能良好，工作可靠，得到了用户 的一致好评，显示出具有良好的推广应用价值。 图1：CM2 系列塑壳断路器 图2 ：CM3 系列塑壳断路器 图3 ：CW2 系列万能式断路器 图4 ：CW3 系列万能式断路器