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丨科技

:論述

真空電弧過零熄滅後介質恢複過程
的(de)測試

研究弧隙的(de)介質恢複現象對(duì)所有開關電器來(lái)說 都具有十分(fēn)重要的(de)意義，對(duì)真空開關當然也(yě)不例外。 當真空開關在切斷工頻(pín)交流的(de)過程中，在電流接近 正弦波的(de)零區(qū)附近時(shí)，由于陽極斑點的(de)不穩定性， 可(kě)能在正弦波電流還(hái)未到達零點以前就熄滅，同時(shí) 電流将急劇下(xià)降到零。這(zhè)時(shí)，盡管等離子體的(de)發射 過程已經停止，但間隙之間仍有殘餘的(de)離子、電子、 金屬蒸氣和(hé)一些微粒存在。在大(dà)電流時(shí)，電流過零 後電極還(hái)會向外蒸發金屬原子。這(zhè)些殘餘物(wù)質需要 經過一定的(de)時(shí)間才能消失，而隻有随著(zhe)殘餘物(wù)質的(de) 逐漸消失，間隙才能承受較高(gāo)的(de)外施電壓。在實際 的(de)電流切斷後間隙上會立即出現電壓的(de)恢複過程， 如果間隙能承受住恢複電壓，就能順利地切斷電路， 否則，間隙将被恢複電壓擊穿而重新出現強電流的(de) 電孤。因此，對(duì)間隙電強度恢複過程的(de)研究，對(duì)實 際應用(yòng)具有一定的(de)指導意義。

對(duì)真空電弦過零後間隙電強度恢複過程的(de)研 究，就是要找出觸頭材料、幾何尺寸、真空度和(hé)開 斷電流等對(duì)介質強度恢複過程的(de)影(yǐng)響，而要達到這(zhè) —目的(de)，就必須對(duì)真空滅弧室中電弧媳滅後幾微秒 到幾百微秒内的(de)介質恢複過程進行測童。

在現有的(de)測量方法中，一般就是将交流電源跨 接在被試真空滅弧室觸頭的(de)兩端，讓其在分(fēn)斷過程 中産生電弧。當正弦電流過零（或接近過零）時(shí)切 斷電流，用(yòng)快(kuài)速開關隔離交流電源，然後将直流或 幾個(gè)微秒寬的(de)脈沖電壓加到觸頭兩端，使真空滅弧 室的(de)兩觸頭之間被擊穿。選擇在電孤媳滅後的(de)不同 時(shí)間間隔将電壓加到觸頭兩端，并測得(de)擊穿時(shí)的(de)電 壓值，便可(kě)進行大(dà)童連續的(de)試驗，以研究介質強度 恢複與時(shí)間的(de)關系。

在國外的(de)一些文章(zhāng)中，對(duì)介質強度恢複過程的(de) 測童已給出了(le)一定的(de)數據和(hé)分(fēn)析，但由于這(zhè)些文 章(zhāng)并沒有給出具體的(de)裝置實現方法，也(yě)沒有說明(míng)如 何解決測貴過程中所遇到的(de)問題，因而對(duì)我們進行

王季梅、李宏群（西安交通(tōng)大(dà)學）

實際的(de)研究并不能有很大(dà)的(de)幫助。現将我們在這(zhè)方 面所做(zuò)的(de)工作介紹如下(xià)。

我們在進行介質強度測置的(de)工作中，用(yòng)我們實 驗室合成回路⑵的(de)電流源部分(fēn)作爲電源，向被試品 提供燃弧時(shí)所需的(de)電流。圖1示出電流源的(de)電路圖。 圖中，r爲電容器組，每組電容量等于16800MF; 乙爲電抗器，每組電抗值爲603MH。通(tōng)過投入L <7 并聯支路數的(de)多(duō)少及充電電壓的(de)大(dà)小，可(kě)以調節放 電電流，使之在1〜60kA的(de)範圍内變化(huà)。放電電流 爲50H_ZE弦電流。試驗時(shí)，在被試真空開關IP觸 頭分(fēn)開前先引入一個(gè)引弧電流,這(zhè)由閉合開關S 1來(lái) 完成，其大(dà)小由電阻K來(lái)确定。一般調節引弧電流 在50A到200A之間。當用(yòng)呂₂短接電阻《時(shí)，預先 确定的(de)正弦電流通(tōng)過觸頭間隙。電流過零時(shí)電弧被 媳滅，整個(gè)電流波形如圖2所示。必須指出，與被 試真空開關串聯的(de)快(kuài)速隔離開關IS是與被試品同 時(shí)動作的(de)，當電流過零時(shí)用(yòng)它将被試品和(hé)電源分(fēn)開。

圖1合成回路電流源部分(fēn)

is—快(kuài)速隔離開關_：IP—被試滅弧笮

圖2 試驗中的(de)電流波形

1 一引弧電流；2—預定的(de)正弦電流

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圖4 脈沖變壓器磁心

圖7 幾套放電設備依次放電産
生脈沖時(shí)的(de)主脈沖變壓器

真空電弧電流過零嫌滅後，觸頭間隙介質開始
恢複，這(zhè)時(shí)可(kě)将脈沖發生器所産生的(de)脈沖電壓在一
定的(de)延時(shí)後加在被試品兩端。對(duì)于恢複過程較短的(de)
試品，可(kě)采用(yòng)圖3所示的(de)脈沖發生器。圖中，(:，和(hé)
C₁都預先充好電，當晶闡管接到同步檢零及延時(shí)
裝置發來(lái)的(de)觸發信号時(shí)就導通(tōng),使C,向脈沖變壓器
T,的(de)黡邊放電。這(zhè)樣在T,的(de)明(míng)邊就會輸出一個(gè)較
離的(de)觸發點火球篇的(de)脈沖電壓，該電壓使點火球麒
G導通(tōng)。這(zhè)樣，就在主脈沖變壓器T_j的(de)副邊得(de)到一
個(gè)講變振蕩型的(de)脈沖電壓。将該電壓加在被試品兩
纗，并使被試品擊穿，測得(de)擊穿電壓的(de)輻值，便可(kě)
得(de)到該時(shí)刻的(de)介質理(lǐ)度。

Cl

圖3脈沖發生器

T,、T:—脈沖變壓器；

G—點火空氣球陳

主脈沖變壓器T_j是用(yòng)鐵氧體環狀磁心繞制而 成的(de)。在試驗中将兩個(gè)相同的(de)脈沖變壓器串聯使用(yòng) 以減小變壓器線匝間的(de)電壓值。磁心的(de)尺寸如圖4 所示。在繞制脈沖變壓器時(shí)，要注意線租間和(hé)線匝 與磁心的(de)絕緣問思。我們對(duì)幾種匝數比進行了(le)試 驗，最後選定原邊爲2 E,副邊爲30匝，這(zhè)樣在<：₂ 充電爲8500V時(shí)可(kě)得(de)到6〇kV的(de)脈沖電壓。電壓的(de) 波形如圖5所示。該波形的(de)第一個(gè)上升沿約爲30 kV/ns。

圖5空載脈沖變壓器輸出波形 第一個(gè)波®于第二個(gè)波是由于有初始*化(huà)，做(zuò)幾次 脈沖後便可(kě)消失。照(zhào)片中»形上部由于a出照(zhào)相機 所拍(pāi)範困而被截斷

在上面已經提到，這(zhè)種脈沖發生器可(kě)用(yòng)于恢複 過程完成較快(kuài)的(de)試品，因爲這(zhè)時(shí)若每一個(gè)半波都梢 間隙擊穿，隻用(yòng)一套放電設備便可(kě)得(de)到恢複特性曲 線。這(zhè)時(shí)的(de)波形如圖6所示。如果我們隻要單邊的(de) 恢複電壓時(shí)，可(kě)在真空滅孤室兩端并聯一高(gāo)壓整» 矽堆，這(zhè)樣就可(kě)把相反的(de)電壓短掉。

圖6前幾個(gè)波擊穿*後間篇的(de)情況

對(duì)于恢複過程較長(cháng)的(de)試品（如幾百微秒以上） 可(kě)以在上述的(de)脈沖變壓器原邊再加上幾套放電設 備，’這(zhè)樣在不同的(de)延時(shí)時(shí)刻使每一套放電設備依次 放電，便可(kě)得(de)到幾個(gè)脈沖。這(zhè)時(shí)脈沖變壓器的(de)電路

如圖7所示。

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上面給出了(le)現有脈沖發生雜的(de)輸出脈沖波形，
該波形是一個(gè)振蕩型的(de)，這(zhè)主要是因爲脈沖變壓器
的(de)原邊是用(yòng)空氣點火間陳接通(tōng)電路的(de)。由于空氣點
火間s導通(tōng)後的(de)介質恢複過程很镘，a而期使c,和(hé)
T ₂長(cháng)時(shí)間地接通(tōng)。如果隻要一個(gè)單脈沖（至少在擊
穿時(shí)是這(zhè)樣)，空氣點$球«««必須用(yòng)真空觸發間陳
來(lái)代替。            ，

在上述的(de)整個(gè)過程中，最重要的(de)就是如何将脈

沖發生器準時(shí)投入使用(yòng)。在我們的(de)試脍中，是用(yòng)電 壓比較器來(lái)檢測電流過零點，然後經所需的(de)M時(shí)後 觸發晶閘管。由于需要得(de)典準确的(de)過零時(shí)刻，因此 必須使電壓比較器的(de)标準靖的(de)電壓足夠地小，且在 輸入的(de)電路上不能加#1波器。這(zhè)就産生一個(gè)非常嚴 重的(de)問題，即誤動作。因爲在試tt時(shí)毎一個(gè)輔助開 關或較大(dà)的(de)接觸器的(de)動作都會在電壓比較器的(de)輸入 埔産生一個(gè)信号使其翻轉，這(zhè)也(yě)是在大(dà)電流場(chǎng)合期 電控制的(de)一個(gè)難以解決的(de)問鼉〇爲了(le)克服誤動作， 我們根據實際的(de)特殊情況設計了(le)間步檢零延時(shí)電路 路，如圖8所示。

圖9同步裝置輸入牆的(de)波形 A間爲幹擾信号

遲，這(zhè)是由于ft體管、晶》管及點火間朦1»有一定 的(de)鏟時(shí)。在我們的(de)電賂中，從電流過零颺發出觸發 晶IW管信号之間的(de)鳜時(shí)小于1*MS，ftM管的(de)導通(tōng)時(shí) 間小于IMS，點火間Ht導通(tōng)的(de)時(shí)間是不定的(de)，一般 在1~20卵之間（這(zhè)是根據所拍(pāi)的(de)照(zhào)片來(lái)瘺定的(de)， 這(zhè)裏認爲示波1»的(de)K時(shí)可(kě)以ft略不計)•>如果需要電 流過零後零點幾個(gè)微秒裏的(de)恢ft電壓，就必須在電 流過零前某一時(shí)》就使網步裝置動作，這(zhè)ttll事比 較ft雜(zá)的(de)實IHHt和(hé)控M電路。

圖8間步檢零％時(shí)電路

現在根據輸入埔得(de)到的(de)電壓波形來(lái)分(fēn)析電路的(de)

工作。輸入端所得(de)到的(de)信号波形如田9所示，電流
信号前區(qū)間中的(de)波形就是輔助開關動作時(shí)産生的(de)
千擾信号，它一般會引起同步裝置的(de)誤動作。但采

用(yòng)圖8所示的(de)電路後，就可(kě)防止這(zhè)類幹擾倌号的(de)破
壞作用(yòng)。當電壓比較器輸入端有大(dà)于零的(de)電位時(shí)，

電容器C•上就開始充電，隻有C上的(de)電壓被充至大(dà)
于穩壓管W的(de)穩壓值時(shí)，在輸入靖電位小于等于零
時(shí)，電路的(de)輸出端才會發出觸發脈沖。由于選擇了(le)
适當的(de)/f C值，使在時(shí)間内C上的(de)電壓小于穩壓
管的(de)穩壓值。這(zhè)樣雖然在r,内有輸入靖電位爲零的(de)
時(shí)_，但并不發生觸發》沖，這(zhè)樣就起鰂了(le)抗幹擾

的(de)作用(yòng)•這(zhè)種電路也(yě)可(kě)用(yòng)于其它大(dà)電Jt場(chǎng)合H電控              囲1〇實際所測的(de)籌分(fēn)波形

像齡情況                                               *〉鷹時(shí)約78ms丨b>鷹時(shí)約KMMa

^V⁰ ^^                                            O駑時(shí)的(de)78ns丨d>嫌時(shí)約l〇4|ia

應當注童的(de)是，控_電||中總有一定的(de)時(shí)間延              ^e)      全長(cháng)爲80kV,    時(shí)麵,毎格

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