本文以斷路器中遮斷短路故障電流的熱流場為主要研究方向，探討遮斷部的設計及其對遮斷短路故障電流時的特性影響，期望在設計遮斷部時，借助電腦的運算能力來模擬分析，以節省實際測試所需耗費的財力、物力、及人力等有效資源。研究內容包含內部速度場、壓力場、及溫度場分析，利用有限體積法的CFD軟體FLUENT來分析計算其結果，並採用暫態之動態網格的方式；探討真實物體運動狀態之流場分佈，以模擬現實狀況中，可動側的運動對遮斷部氣流所造成之影響。首先利用初步設計分析出遮斷部無載操作之壓力及速度分佈，並配合MHD模組來模擬電弧燃弧期間產生的巨大熱能，以此估算結果來模擬其溫度場，並確認其對原有壓力場及溫度場的影響；接著針對其中需要改善的部位加以改良，再設定同樣的條件來進行模擬分析，同時與初步設計的模擬作比對，分析兩者之間的差異性及改善後所得之結果。由模擬的結果可得知，遮斷部的設計重點除了要讓極間的熱能迅速排出，且避免極間氣體迴流外，遮斷部內部高溫氣體的引流也需加以考慮，才得以達到最佳的效能，而所得之結論亦能提供作為評估實際啟斷性能是否可成功之依據。

This numerical work is aimed to realize the physical phenomena of the thermal/fluid patterns inside the SF6 gas circuit breaker. The major emphases are focused on the characteristics of interrupter design and the evaluation of the breaking performance. By means of the commercial CFD code FLUENT, the flow/thermal field simulations associated with the entire stroke of moving parts during the breaking operation. Incorporated with the dynamic mesh and MHD module, the unsteady, high-temperature physical phenomenon inside the breaking chamber is successfully simulated and analyzed under various operating conditions. At first, the numerical flow visualization is performed on the original breaker design. Then, the breaker’s deficiencies are summarized and used to generate several modifications to diminish those reversed flows, circulations, and high-temperature spots. These amendments include modifying the exit geometry of nozzle, and adding the ventilating holes on the moving and fixed nodes. Consequently, the CFD results show that a noteworthy improvement on the flow patterns and a remarkable temperature drop on the contact end of moving node are accomplished. In summary, by taking advantage of the CFD simulation to visualize the high-temperature gas flow inside the breaking chamber, the required time and cost for designing an excellent circuit breaker could be reduced significantly in a rigorous and systematic manner by using this numerical approach.

[1] 林莘，現代高壓電器技術，機械工業出版社，北京，第3-7頁，2002。
[2] 施明良，「六氟化硫於氧化及還原高週波電漿中之反應機制」，博士論文，國立成功大學，台南，2003。
[3] http://zh.wikipedia.org/zh-tw/SF6
[4] “IEC 60376 Specification of Technical Grade Sulfur Hexafluoride (SF6) for Use in Electrical Equipment”, International Electrotechnical Commission, 2005.
[5] 吳福成，「俄羅斯臨門一腳，京都議定書生效」，能源報導，第5~7頁，2005。
[6] 陶瑞民，「SF6高壓斷路器滅弧室電場與氣流場數值計算的邊界元方法的研究」，博士論文，瀋陽工業大學，瀋陽，2004。
[7] 白石，「ガス遮断器の気流観測と解析技術の高度化」，日本電気研究會資料，SP-96-38，1996。
[8] 森正，「アブレーションを考慮したGCB消弧室内ガス流解析手法の開発」，日本電気研究會資料，SP-99-86，1999。
[9] 岩本勝治、森正、河野広道，「バッファ形ガス遮断器消弧室内の熱ガス流解析技術」，TMT&D技報，Vol. 2，No.7，2004。
[10] Takewaki, H, Nishiguchi, A., and Yabe, T.，”Cubic Interpolated Pseudoparticle Method (CIP) for Solving Hyperbolic Type Equations”, Journal of Comput. Phys., Vol. 61, pp. 261-268, 1985.
[11] 矢部孝，「固体, 液体, 気体の統一解法を目指すCIP法」，日本流体力学会誌， Vol. 15，No. 5，pp.367-375，1996。
[12] 堀之內克彥等，「CIP法によるSF_6ガス中アークのシミュレーション」，日本電気学会研究会資料，開閉保護研究会， pp. 47-51，1998。
[13] 八重樫昌弘，石黒哲，大久保健一，柳沼宣幸，河本英雄，「362kV 63kAガス遮断器の開発」，平成15年電気学会全国大会， 6-210，pp. 359-359，2003。
[14] 劉曉明，「高壓SF6 斷路器電弧動態數學模型及噴口結構優化設計」，博士論文，瀋陽工業大學，瀋陽，2003。
[15] 李莉，「多重網格法在SF6高壓斷路器電場與氣流場數值計算中應用的研究」，博士論文，瀋陽工業大學，2008。
[16] 吉岡芳夫、大澤直樹，「熱パァフア式GCB"におけるガス吹付け特性とガス通路構造との関係」，日本電気学会電学論B，123卷10号，2003。

[17] 日本電気学会-ガス遮断器の遮断技術動向調査専門委員会，「ガス遮断器の遮断技術動向」，電気学会技術報告 第993号， 2005。
[18] Fluent 6.3 User’s Guide, Fluent Inc., 2006.
[19] 吉岡芳夫、大澤直樹，「SF6の分解を考慮したガス遮断器の消弧室圧力計算法」，日本電気学会電学論B，123卷8号，2003。