浅析液态金属限流器
深度解密：液态金属
深度解密：液态金属液态金属,这个不断从Apple传出绯闻的材料,从iphone4开始,iphone5,iphone6,iwatch,还有未来将要上市的iphone7,每次新品发布前各种各样的爆料和揭秘都有她的身影传闻iPhone7还将加入一种硬度更高的液化金属,这种液态金属材料可以有效减少机身弯曲状况的发生,困扰苹果很久的“弯曲门”事件将不会在iPhone7上出现;那今天我们借着这个主题来看看这个屌炸天的‘液态金属’;首先我们调研下,你是否以为液态金属就是有着液体一样形态的金属当然如果你是这个行业的大拿可以直接跳过这一段;首先我们先说液态金属NOT液态的很多东西是不能按照字面意思来理解的,就好像玻璃钢,它既不是玻璃也不是钢,但是人家就是任性的这么取名字了;同理,液态金属并不是成液体状的金属;Liquidmetal,在常温下是固体的,和金银铜铁之类的普通金属没什么两样;我们来重新定义一下液态金属LiquidMetal：Liquidmetal由液态与金属两字所复合与Vitreloy是一系列由加州理工学院研究团队所开发出来的非晶态金属合金的商业名称,目前由该团队所组织的液态金属科技公司LiquidmetalTechnologiesInc.进行行销,并是公司的产品名称与商标名称;液态金属科技有限公司总部坐落在美国加州RanchoSantaMargarita,California,alongwiththeCorporateR&DTechnologyCenter.非晶态金属合金,英文AmorphousAlloy,其中Amorphous是指的非晶态的,Alloy则是指的合金;简单来说就是非晶+合金,这不是废话吗...因其与常见晶体材料有明显的结构区别而得名;同时,也被称为金属玻璃MetallicGlass,因其与常见的玻璃有类似结构;顺便多说一句,该种材料最先由美国加州理工的Duwez教授在1960年用快淬工艺制备得到,当时得到的是Au-Si非晶合金;接下来,我们要引入一个重要概念：Crystallinity结晶性Cristallinity,其实就是元素中,原子排列的形式,我们可以想象,金属内部如果放大,不会是乱成一锅粥的,这是它的天然属性,就是我们常说的晶体结构;但是,并非所有的物体,都有这个晶体结构,比如玻璃、陶瓷等等Ceramics无机非金属材料或者一部分Polymers有机高分子材料;所以,往下又会分出三种类型的材料：1、Crystalline晶体2、Semi-crystalline半结晶体3、Amorphous非晶体这个时候,看到Amorphous,应该知道我们的液态金属AmorphousAlloy属于哪一类了就清楚了吧晶体和非晶体示意图晶体是最有序的结构,原子有平移和旋转对称性;晶体结构示意图与有序的晶体相对,还有一种材料,它的原子呼吸着自由民主的空气,不喜欢搞这种举国体制的规则队列,于是他们上街的时候就随便挑个地儿占了,这种原子无规则排列的固体叫作非晶体,其中最典型最常见的是玻璃;所以,非晶合金AmorphousAlloy常常又被叫作金属玻璃MetallicGlass或玻璃化合金GlassyAlloy,由于非晶合金最早是通过快速冷却的金属液体制备的,历史上有已被打脸的科学家曾经认为非晶合金是液体,所以在某些古老的文献上还可以看到过冷液体Supercooledliquid这样的讲法;这三个名字稍有区别,但是现在普遍使用的称呼是非晶合金;非晶体无序结构示意图题外话,多说一句,还有一种傲娇的有序结构,叫作准晶Quasicrystalline;准晶是有序的,但是只有旋转对称性没有平移对称性,恩看图意会吧,这种美得像画一样的结构简直就是科学和艺术的完美结合,怪不得2011年物理学诺贝尔奖给了准晶研究;准晶结构示意图的页面非晶合金是怎么炼成的非晶合金原材料;非晶合金是锆、钛、铜、镍、铝五种金属的合金,在常温下是固体的,和金银铜铁之类的普通金属没什么两样;因为是多种金属混合的非晶型合金,Liquidmetal很多时候表现很像玻璃,没有一个固定的熔点会渐渐软掉,而且受大力撞击时都一样会碎裂,而不是变形;举个例子,目前以Liquidmetal为商标进行销售的系列锆合金商品有Vitreloy1、Vitreloy4、Vitreloy105、Vitreloy106a,之前传言中,苹果正在研发的材料就类Vitreloy106a,其成份构成为锆:,铜:,镍:,铝:,铌:;非晶材料成型工艺;非晶合金的形成能力,又叫做玻璃形成能力glassformingability;这种材料的关键形成条件在金属熔体的冷却过程中让其冷却速率足够大,熔体处于过冷状态,此时金属熔体的剪切粘度会急剧增大,导致传质过程困难,结晶反应被抑制乃至避免,熔体中的原子来不及进行规则排列结晶而形成独特的短程有序,长程无序的原子排布,也就是非晶合金;目前从材料学的角度研究非晶合金,主要就集中在这个方面;在早期,以Duwez教授的试验为例,要达到~s的冷却速率,才能形成非晶;如此大的冷却速率,即使冷却设备再精密,一般也只有熔体与极冷的容器内壁的接触界面附近可以达到;而由于热量传递的关系,越靠近熔体中心,冷却速率就越小,也就越难以形成非晶态;所以早期的非晶合金样品一般是非晶薄带,即将熔融的合金浇在快速旋转的水冷铜柱表面,以达到急冷的目的;同时,所使用的合金成分一般都含有贵重金属元素,如Au,Ag,Pt等;这些因素一方面限制了非晶合金坯料的尺寸,进而限制其使用范围,另一方面还导致非晶合金的生产成本极高,限制其走向普罗大众;其实Nokia有款手机很早就用上了这种高大上的材料,还是做外壳用,那就是Vertu手机;砸核桃,砸门,砸脑袋,轻松搞定;随着大量研究的开展,以日本东北大学教授Inoue课题组为代表,提出了众多具备良好玻璃形成能力的非晶合金体系,将临界冷却速率降低到了100K/s,并制造出很多临界直径超过1mm的非晶样品,开启了大块非晶合金BulkMetallicGlass的时代.到1997年,最大临界尺寸的非晶合金样品直径已达到72mm,是Inoue课题组制备的的Pd40Cu30Ni10P20金属玻璃圆棒;为了达到这种条件,苹果甚至想通过反重力铸造来达到极限的冷却时间;非晶合金的加工工艺;非晶合金由于在常温下强度很高,不适用于一般的冲压锻造工艺;同时一般用于制造比较微小的零件受非晶合金坯料制备能力的限制以及生产成本考虑,机械加工也比较麻烦;而非晶合金由于存在一个玻璃转变区域,就如同常见的玻璃,加热到一定温度,就会变成粘流态,有超塑性,很容易加工,甚至可以像吹玻璃灯泡一样,吹出中空的金属圆球来;国内外的研究者,很多都在琢磨如何在玻璃转变区域对非晶合金进行塑性加工,也就是用模具进行冲压锻造;非晶合金的优势1、熔点较低2、高屈服强度,即多次弯折形变后还能保持完整3、高硬度4、优异的强度重量比,就是能尽量以较小的截面满足强度要求,有助于减小体积5、超高的弹性极限6、抗腐蚀7、高耐磨8、独特的声学特性9、超强塑形能力液体金属合金材料拥有独特的非结晶分子结构,之所以叫液态金属,是因为其有着较低的熔点,而除此之外,它最大的优势还在于熔融后的塑形能力;非晶材料具有高强度、高比强度、高硬度和高弹性形变等优点由于其凝固过程的物理特性与普通金属完全不同,使它的铸造过程更加类似于塑料而非金属,可以更方便的打造为各种形态的产品;除了铸造的便利性,Liquidmeta液体金属的其他特性还包括：高屈服强度、高硬度、优异的强度重量比、较高的弹性极限、抗腐蚀、高耐磨以及独特的声学特性;非晶材料具有高光洁外观优点铝、钛、钢、Liquidmetal弹性比较上面的图都表示了Liquidmetal在光洁度、硬度、弹性都远远高于镁、铝、钛、钢等金属;另外,它抗腐蚀性的能力也非常强;非晶材料对比铝、钛、钢等材料具有高弹性和低模量等优点非晶的应用目前非晶合金其实已经悄悄走近甚至走进了普通大众的生活,铁基非晶合金因为具备极好的电磁性能,已经逐步取代硅钢片用作变压器的铁芯了,其性能全面碾压硅钢铁芯变压器,目前全世界从事铁基非晶材料生产的主要是中国安泰科技和日本日立金属公司两家公司;锆基非晶合金方面,不仅苹果手机的卡针已经使用,华为等国产手机里面也有些如卡托之类的小件也开始用非晶合金制造;目前主要是美国的Liquidmetal公司和我国的宜安科技和比亚迪公司,另外在一些军用设备上,非晶合金作为强化涂层,也已驰骋沙场多年了;现阶段Apple概念的液态金属目前主要应用在消费电子产品领域：笔记本电脑行业——GatewayID57H：手机配件——iPhone取卡针：散热设备——液态金属散热器：电力能源——液态金属电池：近期最新科技成果2014年2月,来自清华大学和北京大学的研究者晟磊、张杰和刘菁近来找到了一种能够控制液态金属合金形态的方法,这种方法通过改变电流来控制被置于水中的液态金属颗粒移动;研究小组表示下一步将尝试控制液态金属组成更多不同的造型;而在2014年9月23日,美国北卡罗来纳州一个科研团队研发出一种可进行自我修复的变形液态金属,距离打造“终结者”变形机器人的目标更进一步;。
液态金属流体动力学特性分析
液态金属流体动力学特性分析第一章：引言液态金属是一种具有金属特性和流体特性的材料，其独特的物理特性使得其在许多领域有着广泛的应用。
因此，研究液态金属的流体动力学特性具有重要的理论和实际意义。
本文将对液态金属的流体动力学特性进行分析，以期能够更加深入地了解液态金属的流体动力学行为。
第二章：液态金属的基本特性液态金属是指金属在高温下熔化形成的液态物质。
液态金属具有比较特殊的物理性质，例如高的导电性、高的热导率和高的表面张力。
此外，液态金属还具有很好的流动性和可压缩性，这些特性与传统的流体介质有很大的不同。
第三章：液态金属的流体动力学特性3.1 流动规律液态金属的流体动力学特性主要体现在其流动规律上。
传统的流体介质受到粘性和惯性效应的影响，因此其流动规律较为复杂。
液态金属由于粘性很小，所以在其流动过程中惯性效应更加显著，因此大量的液态金属流动会形成涡旋和湍流。
3.2 湍流特性液态金属的湍流特性决定了其在流动过程中的不稳定性。
液态金属的湍流特性主要表现在不规则的流动和难以预测的性质上。
与此同时，液态金属在湍流状态下的能量 dissipation rate 远大于传统流体介质，因此对材料的热能转移和混合作用较为强烈。
3.3 流动控制液态金属的流动控制与传统的流体介质也有所不同，主要是由于液态金属与容器的互动比传统的流体介质更加密切。
因此，液态金属的流动与容器表面的相互作用是其流动控制的重要因素。
此外，磁力作用也是液态金属流动控制的重要手段之一。
第四章：实验研究为了深入了解液态金属的流体动力学特性，现在许多实验研究正在进行。
其中包括通过实验对液态金属流动特性进行观察，以及通过数值计算对其流动规律进行模拟。
这些实验将进一步促进我们对液态金属流体动力学特性的理解。
第五章：应用液态金属的流体动力学特性使其在许多领域有着广泛的应用。
例如，液态金属可以应用于制造高性能传感器、电子设备以及核能装备等。
此外，液态金属还可以应用于形成复杂形状的金属结构，这些特殊的形状对许多领域，如生物医学和太空探索，都具有极大的意义。
液态金属散热带来全新节能静音体验
液态金属散热带来全新节能静音体验【液态金属散热带来全新节能静音体验】液态金属散热作为一项核心技术，液态金属还可由此拓展出更多高效先进散热器形式。
北京依米康在拓展计算机CPU散热器行业的同时，还将以技术优势介入更多散热需求行业。
液态金属[散热器研制项目2011年被北京市科委列为北京市重大科技项目，2012年又被列为北京市第一批科技成果转化和产业项目股权投资试点项目，真正形成了产学研一体的科技成果转化和产业化模式。
目前，已经成功研制出第一代液态金属CPU散热器coollion BMR(波浪) A-1。
该款液态金属散热器不仅可以确保恒久的高性能散热，同时由于创新性电磁驱动设计，带来了全新的节能和静音体验。
液态金属Coollion BMR(波浪)A1液态金属散热器是北京依米康散热科技是采用中国科学院理化技术研究所研发的液态金属散热技术。
该技术乃全球首创，液态金属的散热能力超越市面上顶级的风冷、热管、及水冷散热技术，而且其工质不易泄漏，不易蒸发，0噪音，极大的提高了系统的稳定性，安全性。
正是由于这种技术带来的优越性，让高端消费群开始关注这款产品。
正如沃尔冈·拉茨勒在《奢侈带来富足》中这样定义奢侈一样——“奢侈是一种整体或部分地被各自的社会认为是奢华的生活方式，大多由产品或服务决定”。
Coolion BMR(波浪)A1正是凭借其强大的产品力决定了其昂贵的价格。
随着城市建设和电子信息产业的高速发展，液态金属散热使得人们对光源的需求与日俱增。
其中，LED(Light-Emitting Diode)产品的研制及生产已成为前景十分诱人的朝阳产业。
一般照明中，需要将大量的LED放置在一个模组中即组成高功率密度的LED，液态金属散热才能达到所需要的亮度，这种高功率密度高亮度照明LED将会引起严重的发热问题。
液态金属散热目前LED灯的发光效率仅能达到10%～20%，其80%～90%的能量转化成了热能。
随着LED产品功率密度和封装密度的提高，这将会引起芯片内部热量聚集，导致发光波长漂移、出光效率下降、荧光粉加速老化以及使用寿命缩短等一系列问题。
液态金属综述
液态金属综述
摘要：
一、液态金属的定义与特性
1.液态金属的定义
2.液态金属的特性
二、液态金属的应用领域
1.电子行业
2.医疗行业
3.制造业
4.其他领域
三、液态金属的发展趋势与挑战
1.发展趋势
2.挑战
正文：
液态金属是一种在常温常压下保持液态的金属元素或合金。
液态金属通常具有低熔点、高导电性和良好的导热性等特性。
液态金属在电子行业中的应用已经非常广泛。
例如，液态金属可以作为散热剂，帮助计算机、手机等电子设备散热，延长设备的使用寿命。
此外，液态金属还可以用于制造微电子器件，如传感器、晶体管等。
在医疗行业中，液态金属也有广泛的应用。
例如，液态金属可以用于制造人工关节，帮助患者恢复行走能力。
此外，液态金属还可以用于制造医疗器
械，如血管支架、手术器械等。
液态金属在制造业中的应用也非常广泛。
例如，液态金属可以用于制造汽车零部件，提高汽车的安全性和舒适性。
此外，液态金属还可以用于制造航空航天器的零部件，提高航空航天器的性能。
尽管液态金属在许多领域都有广泛的应用，但是液态金属的发展也面临着一些挑战。
例如，液态金属的生产过程中可能会产生有害物质，对环境造成污染。
此外，液态金属的使用也可能会对人体健康造成危害。
总之，液态金属是一种具有广泛应用前景的材料，但是也面临着一些挑战。
基于快速转换开关的新型液态金属限流器的研究
刘 懿 莹 （ ９ １ ） １８一 ，
女， 师， 士 ， 讲 博 研
究方 向为短路 电流
限制技术 的研究 。
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｖ ｌＬｉ ｉ ｅ ａ ｓ ａ ｃ ｎ ａ Ｎｏ ｅ ｑｕ ｄ Ｍ ｔ ｌＣｕｒ ｅ ｍ ｉｅ ｒ ｎｔＬｉ ｔ ｒ Ｂａ ｅ ｎ ｓ ａ ｆ ｒ Ｓ ｔ ｈ ｓ ｄ ｏ Ｆａ ｔＴｒ ｎｓｅ ｗｉｃ
几百 安 ， 无法 在额 定 电流较 大 的情 况下 长期 工作 ， 使其 应用场 合受 到 限制 。
１ ２ 基于快 速 转 换 开关 的 新 型 混合 限流 器 工作 ．
原理
为 了克服 上 述不 足 ， 保 证 大额 定 电流 的正 在
常通 流 能力 的前提 下 ， 分利用 Ｌ Ｌ限流 特性 ， 充 ＭＣ
ｒ ｓ ｌ ｈ ｗｓ ｔ ｔｔ ｅ ｄ ｖ ｃ ａｎ ｌｍｉ ｈ ａ ｌ ｕｒｅｎ ｆｅ ｔｖ ｌ ． Ｉ ａ ｃ ｐｐ ｉａｉｎ ｒ ｓ ｃ ｎ ｏ ｄ ｓ ａ ｅ ｕｔｓ ｏ ｈａ ｈ ｅ ｉ ｅ ｃ ｉ ｔｔ ｅ ｆｕ ｔｃ ｒ ｔｅｆ ｃｉ ｅｙ ｔｈ ｓａ ｎｉｅ ａ ｌｃ ｔｏ ｐ ｏ ｐｅ ｔａ ｄ ｐｒｖｉｅ ｎｅ ｉ ｅ ｆｔｅ ｌｑｕ ｄ ｍｅ ａ ｕｒｅｎ ｉ ｉ ｒ ａ ｌｃ ｔｏ ． ｗ ｄ ａ ｏ ｈ ｉ ｉ ｔ ｌｃ ｒ ｔｌｍ ｔ ｐｐ ｉａｉ ｎ ｅ Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ：ｌｑｕｉ ｍ ｅ ｌ ａ ｔｔ ａ ｆ ｒ ｓ ｔ ｈ ；ｃ ｒ ｎｔｌｍ ｉｅ ｉ ｄ ａ ；ｆ ｓ ｒ ｎｓｅ ｗｉｃ ｕｒ ｅ ｉ ｔ ｒ
也 给 电网 中各种 电气 设 备 提 出更 为 苛 刻 的要 求 ， 在某 种 程 度 上 已成 为 制 约 电 网发 展 的 瓶 颈 。 因
行维护费用极高 ， 距离实用化、 产业化还很遥远。
液态金属(GaInSn)限流器的数值模拟
液态金属(GaInSn)限流器的数值模拟卢学山1, 2张敏1王国华2张钧波11南京理工大学动力工程学院，南京(210094)2中石化金陵分公司热电联合车间, 南京(210033)摘要：在一种故障电流限制器中，充有镓铟锡（GaInSn）液态金属。
利用ANSYS商业软件，采用有限元方法（FEM），对限流器内液态金属（GaInSn）的温度场和流场进行模拟，研究流动在限流器工作原理中起到的作用。
和实验结果相比较，得到令人满意的一致结果。
关键词：ANSYS液态金属(GaInSn)温度场CFDNumerical Simulating the Liquid Metal （GaInSn）inFault Current LimiterXueshan LU1, 2 Min ZHANG1 Guohua WANG2 and Junbo ZHANG11School of Power Engineering, Nanjing University of Science & Tech., Nanjing (210094)2SINOPEC. Jin Ling Petrochemical Corporation Thermal Power Plant, Nanjing (210033) ABSTRACT: A fault current limiter was filled with the liquid metal (GaInSn). By using commercial software ANSYS, the simulation method of temperature and magneto-fluid fields in the fault current limiter was presented with the Finite Element Method (FEM). Discuss how flows work in the fault current limiter.The results of the studying and researching coincide with that of the experiments.KEY WORDS: ANSYS, liquid metal (GaInSn), temperature fields, CFD.引言液态金属故障电流限制器是近年来流行的一种限流器，具有限流效果显著、结构简单和故障后自动恢复等优点。
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。
液态金属力学特性与应用探索
液态金属力学特性与应用探索液态金属是一种特殊的金属材料，具有许多独特的力学特性和广泛的应用领域。
在本文中，我们将探索液态金属的力学特性以及它们在不同领域的应用。
首先，液态金属具有高的流动性。
相对于固态金属，液态金属的原子或离子之间的结构比较松散，使得它们能够自由流动。
这种流动性使得液态金属能够在外力作用下迅速适应形状变化，具有很高的可塑性和可变形性。
这使得液态金属在制造过程中能够更容易地被注入模具或形成复杂的形状。
其次，液态金属具有高的导热性和导电性。
液态金属中的金属原子或离子之间的结构松散，使得热量和电流能够快速传导。
这使得液态金属在热传导和电传导方面具有优异的性能。
因此，液态金属常被用作热交换器、电子元件的散热材料等。
此外，液态金属具有高的表面张力。
液态金属的表面张力是指液体表面上的分子或原子之间的相互作用力。
由于液态金属的表面张力较大，使得它们能够形成球形或半球形的形状。
这种特性使得液态金属在制造微小器件、微流体系统和传感器等领域具有广泛的应用。
液态金属还具有良好的耐腐蚀性和耐高温性。
由于液态金属的原子或离子之间的结构松散，使得它们能够抵抗氧化和腐蚀的作用。
此外，液态金属的熔点通常较低，使得它们能够在高温环境下保持稳定性。
因此，液态金属常被用作高温合金、耐腐蚀材料和液体媒介等。
液态金属在许多领域都有广泛的应用。
其中一个重要的应用领域是航天航空领域。
液态金属具有低的密度和高的强度，使得它们成为制造轻量化航空器件的理想材料。
例如，液态金属可以用于制造航空发动机的涡轮叶片、燃烧室和燃油喷嘴等。
此外，液态金属还可以用于制造航天器的外壳和结构件等。
另一个重要的应用领域是电子领域。
液态金属具有优异的导电性和导热性，使得它们成为制造电子元件的理想材料。
例如，液态金属可以用于制造电子散热器、导热膏和电子封装材料等。
此外，液态金属还可以用于制造柔性电子器件和可穿戴设备等。
此外，液态金属还在医疗、能源和环境等领域有广泛的应用。
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2.2ms
GaInSn限流器通道入口节点温度-时间曲线图
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
下面列举一算例来迚行数值计算。 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 得，
设备维护丌便
3
装置可靠性差
4
限流设备体积 庞大
操作成本高
• (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)动作时丌造成过电压 • (4)故障解除后自动复位 • (5)成本较低，能为电力部门所接受
第1类 在电力线路上 使用串联感应 电抗来限制短 路电流。
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 即被转秱到限 流电阻上。
在半径较小的通道处，电流密度较大，磁通量密度和磁势较强 在绝缘外壁和空气域内，随着半径增加，磁通量密度B逐渐衰减 电磁力在液态金属导体近表处达到最大，方向指向液态金属内部； 在通道边界处，电磁力指向通道外侧 电磁力对通道内的液态金属产生一个紧缩力，使得液态金属在通道 内的数量减少。在这个方向的电磁力作用下，液态金属有向通道外流 动并不绝缘壁分离的趋势
一
二 三
研究背景与意义 故障电流限制技术的发展与国内外现状 液态金属限流器的发展与现状 液态金属限流器的原理与效果 1、温度场数值模拟 2、电磁场数值模拟 3、流场数值模拟 液态金属限流器短路试验 结语
李 戈 童文杰 黄向成
四 五 六
黄向成 李 栗、武泽辰 武泽辰 韩云飞 李 戈
故障电流限制器(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。
x-z剖面的速度适量图（t=0.003s）
x-z剖面的速度适量线图（t=0.033s）
从图中可以发现： 1.内部流场的速度随着时间丌断增加，直至最后充分发展成紊流。 2.由速度方向可以看出液体金属沿着轴线从通道中流向电极。再沿着电极 表面流向绝缘壁，然后沿着绝缘壁流向通道入口。最后沿着绝缘内壁从通 道入口流迚通道，形成回流。
其通解为：
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
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，
• 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
2.8ms
汞限流器在2.8ms 时限制了电流
汞限流器实验电流曲线图
• 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
汞限流器2.8ms温度等值线图
• 电流得到限制也就 是2.2ms时，其内 部最高温度也只有 340.35K
• 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不外施压力之间的关系研发的 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。
• (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 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
冲击电流会在电气设备中产生高温和很大的电动力，对系 统的安全不稳定运行产生严重的影响，甚至有可能造成人 员的伤亡。
人民生活水平的丌断提高，电力系统中的短路电流水平在丌断地增长 对配电系统电气设备提出了更为苛刻的要求。
电力的稳定供应同样在企业生产中非常重要。
传统限流器暴露出来的缺点日趋明显
1
2
用于阻隔反向电流
电容 器组
试验网路原理图
线圈
电流过零
形成 高阻
电容器组两 端残留充电 电压
开始产生电弧 弧前时间
液态限流器限流过程波形
液态金属限流器限流特性
从允通电流峰值不预期电流峰值的比值可见，短路预期电流愈 大，限流效果愈明显。
1
在预期短路电流峰值为20 kA，电流上升率为 10 A／us的情冴下，液态金属限流器能够在 1ms内自动起弧，并通过快速上升的电弧电压 迅速将短路电流限制在12 kA。
电流密度等值线图
电流密度矢量图
磁通量密度等值线图
磁通量密度矢量图
金属导体在通电后产生电磁力，此处的电磁力为洛伦茨力。洛伦茨 力的方向对约束液态金属流动起到重要的作用。洛伦茨力的大小及 方向取决于电流密度和磁通量密度 （安培力定律）
F l Idl B
用Ansys软件分析的电磁力分布矢量图
2
限流仿真试验结果表明，预期短路电流越 大，限流器的弧前时间越短，限流效果越 明显。
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
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
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
磁场的矢量分布图
液态金属限流器实物模型
计算区域的几何模型
则电位为，
J J 其中J r 、 、z 为柱坐标中r 、 、z方向的电流密度分量。
沿Z轴方向通入10000A的电流，取z=0.015m处为电势零点， 通过上述公式求得电场边界条件为：
磁场边界条件为
GaInSn相对磁导率 GaInSn电阻率
绝缘体相对磁导率
绝缘体的电阻率 空气域相对磁导率
图12 Ansoft几何模型 附上物性参数不边值条件，并加载恒定电流10 000A，采用Ansoft的磁 场分析模块，最终算出电流密度不磁通量密度的等值线图不矢量图
• 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。
• 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
1
体积较小 技术相对成熟 故障后能自动恢复
2
3
优点
1》饱和蒸汽压力很低 2》无毒 3》限流能力较汞限流器又有所加强
缺点
限流器内部产生电弧
瑞士ABB公司在其一项与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
通过分析，我们得出如下结论以迚一步解释GalnSn限流器的工作原理： 在电磁力的作用下，液态金属存在明显的回流现象，从通道流出沿着 绝缘壁流回通道
通道外液态金属被压缩，方向指向限流器内部
液态金属不绝缘壁的间隙很快形成，自由表面的空气顺着间隙流入， 迅速产生电弧 电弧的高温汽化了液态金属GaInSn。高电阻的金属蒸汽使得限流器 内部电阻增加，从而达到了限流的目的。