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西安交通(tōng)大(dà)學 王季梅董風宇 |
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摘要真空電弧弧後電流的(de)測量及其測量結果分(fēn)析.并采用(yòng)了(le)兩種不同電極材料和(hé)兩種 不同結構型式的(de)國産真空滅弧室作爲試樣來(lái)闡述對(duì)弧後電’充的(de)影(yǐng)響•最後根據這(zhè)些試驗結果來(lái)解 釋弧後電流的(de)待性. Abstract ： Messuremen t of post arc currents in vacuum circuit - breakers • Tw〇 kinds of electrode materials and two types of electrodes were used to elucidate effects of the electrode materials and the types on post arc current. TIie chara t eristics of post arc current are ex plained by referring t〇 those results. |
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用(yòng)真空滅弧室分(fēn)斷大(dà)電流時(shí)，有時(shí)亦會 出現明(míng)顯的(de)•弧後電流•。在真空中出現弧 後電流的(de)主要原因是由于在分(fēn)斷大(dà)電流時(shí)， 當電流過零瞬間，電極間還(hái)存在著(zhe)足夠的(de)剩 餘等離子體，并且同時(shí)有較高(gāo)頻(pín)率的(de)瞬态恢 複電壓加于真空滅弧室電極間而引起的(de)。盡 管分(fēn)析這(zhè)些現象比較複雜(zá)，因爲它與真空滅 弧室電極的(de)結構、觸頭材料和(hé)瞬态恢複電壓 的(de)性質等有關，但對(duì)研究真空滅弧室外特性 及其現象具有現實意義， 國夕蔔研究者Reece、Farrall，Kimb- lin、Morimiya和(hé)YanabuU_2.3.4〕等，曾 對(duì)真空電弧的(de)弧後電流作了(le)大(dà)量的(de)研究工 作，據供了(le)許多(duō)十分(fēn)有用(yòng)的(de)資料。本文對(duì)幾 種國産的(de)真空滅弧室作了(le)初步研究，其研究 結果可(kě)供我國現有的(de)真空滅弧室設計者和(hé)真 空電弧機理(lǐ)的(de)研究者參考。 1.試驗線路 測量弧後電流的(de)試設..¾路如圖1所不。 線路由L1C1-L2C:組地的(de)威爾合成回路。 用(yòng)來(lái)調節恢複電壓的(de)速率,廠/爲被試真 空滅弧室,Sk爲測量弧後電流的(de)分(fēn)流器•試 |
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圖1 測量弧後電流的(de)線路圖 |
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驗步驟如下(xià):開始時(shí)關合廠J1,有一引弧電流 (大(dà)約50〜1G0A)通(tōng)過F/,然後分(fēn)斷被試真空 滅弧室F八輔助開關F/,和(hé)直到觸頭達 到全分(fēn)斷位置,随即将主開關廠A閉合。這(zhè)時(shí) 主電弧電流引入K/，整個(gè)電流的(de)變化(huà)過程如 圖2所示。當主電弧電流接近電流零點前,觸 發點火球隙7\。由C2放電提供一個(gè)所需的(de) 山7心（頻(pín)率爲500Hz)的(de)電流，此電流與主電 弧電流疊加，最後在被試真空滅弧室電極間 出現恢複電壓過程。 分(fēn)流器SAi兩端并聯有輔助開關FZ4, 當主電弧電流通(tōng)過這(zhè)個(gè)節點時(shí)，極大(dà)部分(fēn)電 流引入,而隻有極小部分(fēn)電流旁路Mt. 分(fēn)流器的(de)響應時(shí)間實測值小于〇.25外， 阻值爲170.5mQ。用(yòng)雙通(tōng)道記憶示波器記 錄孤後電流和(hé)恢複電壓， |
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2 •試驗滅弧室結掏 對(duì)四種不同結構的(de)真空滅弧室作爲試 品，進行了(le)試驗研究：（1 )無磁場(chǎng)作用(yòng)平 闆形結構純銅觸頭：（2)有1/2匝線圈縱 破結構的(de)純銅觸頭；（3)有1/2匝線圈縱 磁結構的(de)CuCr觸頭，其中Cr含量爲5〇夯； (4)有1/2匝線圈縱磁結構的(de)CuCr觸頭， 其中Cr含量爲25哚。觸頭直徑均爲60mm, 開距均爲Wmina 二、試驗結果和(hé)分(fēn)析 四種不同結構和(hé)觸頭材料試驗結果如圖 3、圖4、圖5和(hé)圖6所示。從圖中可(kě)以看 出，在相同的(de)恢複電壓速率下(xià)，無磁場(chǎng)作用(yòng) ............ t(kA> i 1$ 78~~P JO fH* 圖3無磁場(chǎng)作用(yòng)、平闆形結構、純銅觸 頭，恢複電壓速率5kV//iS弧後電 流與開斷電流的(de)關系 (X表示發生擊穿） 平闆形結構純銅觸頭，弧後電流最大(dà)。1/2 匝線圈縱磁結構的(de)純銅觸頭，弧後電流其 次。Cr含量爲50%觸頭，弧後電流第三。 而Cr含量爲25鋅的(de)的(de)觸頭，弧後電流最小。 |
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圖4 1/25租線圍紙班結構、純銅敢頭,恢 複電壓速率5fcV/ns弧後電流與開 斷電流的(de)關系 (X表示發生擊穿） |
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圖5 1/2匝線圈縱磁結構、Ci■含置5〇務 觸頭，恢複電壓速率5kV/ns弧後 電流與開斷電流的(de)關系 (X表示發生擊穿） |
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圖6 1/2匝線圈縱磁結構、Cr含童25 % 觸頭，恢複電壓速率5kV/ns弧後 電流與開斷電流的(de)關系 (X表示發生擊穿） |
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所有試品在開斷失敗前均出現了(le)弧後電流大(dà) 輻度增加的(de)現象。由此可(kě)以推知，當弧後電 流開始有明(míng)顯增加時(shí)，意味著(zhe)真空滅弧室即 将達到開斷極限。 在電壓恢複速率爲SkV/^s時(shí)，弧後電 流的(de)持續時(shí)間一般爲1〇化(huà)，但當開斷電流增 • 9 • |
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至接近出現開不斷時(shí)，持續時(shí)間顯著增長(cháng)， 同時(shí)出現弧後電流與恢複電運同頻(pín)振蕩，如 圖7所示。該圖對(duì)應的(de)開斷電寧大(dà)約爲 26kA,而在緊接著(zhe)的(de)W〜2SkA時(shí)開始發生 開不斷現象如圖8所示。 |
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圖7 I/2匝線圈縱磁結構、CuCr觸頭、 Cr含量5〇 %弧後電流示波圖，開 斷電流26kA, IP = 2.9A/格, ■Vs=8kV/格，t = l〇ns/格 |
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圖8 1/2匝線圈縱磁結構、CuCr觸頭、 Cr含暈爲5〇 %弧後電流産生的(de)同時(shí) 發生擊穿的(de)示波圖，開斷電流爲 27.5kA , 1；= = 5.8人(rén)/格，Vs = 8kV/格，.t,= l〇ns/格. , 試驗還(hái)指出：弧後電流對(duì)電壓恢複速率 極爲敏感。當電壓恢複速率爲1.2kV/叫時(shí)， 盡管開斷電流増至很大(dà)，直至發生陽極斑點 現象而開不斷電流時(shí)，出現弧後電流很小或 幾乎沒有出現弧後電流。當電壓恢複速率爲 5kV/_；us時(shí),弧後電流大(dà)約在1〜2A的(de)範圍。 當電壓恢複速率爲6kV/抑時(shí)，弧後電流将 増加到5〜6A的(de)範圍，如圖9所示。 • 10 • |
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Cr含量25 %,弧後電流實驗曲線 |
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圖IOa所示爲1/2匝線圈縱磁結構、Cr 含量25%觸頭，在開斷22kA以下(xià)電流情 況下(xià)的(de)弧後電流典型波形圖，弧後電流在第 一個(gè)半波後就迅速衰減。圖1〇^所示爲同 樣結構和(hé)同樣觸頭材料,在開斷電淹爲2SkA 時(shí)的(de)弧後電流典型波形圖，弧後電流在第二 |
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(a ) 1/2匝線圈級磁結構、Cr含量25 %觸 頭、開斷電流22kA. |
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(b )同圖IOa開斷電流爲25kA |
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圖10 |
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個(gè)半波時(shí)，還(hái)存在較大(dà)的(de)數值。圖10c) 所示爲同樣結構和(hé)同樣觸頭材料，在開斷電 流爲27kA時(shí)的(de)弧後電流典型波形圖。孤後 電流還(hái)未達到第一個(gè)半波峰值，就突然發生 擊穿現象。從此可(kě)以初步估計出所研究設計 的(de)真空滅孤室的(de)分(fēn)斷能力。 用(yòng)真空滅弧室開斷電流時(shí)，在一定開斷 電流範圍内，一般不會出現弧後電流，但當 一旦出現弧後電流現象時(shí)，可(kě)以初步判斷真 空滅孤室的(de)真空電弧的(de)擴散作用(yòng)已開始減 弱。若再繼續增大(dà)開斷電流時(shí)，弧後電流将 随著(zhe)開斷電流的(de)增加而增大(dà)，至弧後電流有 顯著增加的(de)時(shí)刻，這(zhè)時(shí)真空滅孤室可(kě)能即将 趨近于極限開斷能力。 真空滅弧室的(de)孤後電流對(duì)恢複電壓的(de)速 率特别敏感。從試驗表明(míng)，弧後電流随著(zhe)恢 複電壓速率的(de)提高(gāo)而增大(dà)。 在極大(dà)多(duō)數情況下(xià)，正常的(de)弧後電流在 |
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第一個(gè)半波後即大(dà)幅度衰減，當開斷電流增 大(dà)到弧後電流在第二個(gè)半波衰減程度不夠顯 著時(shí)，則意味著(zhe)真空滅弧室可(kě)館已快(kuài)達到設 計的(de)極限程度9 參考文獻 1 Morimiya O. et al. High Current Vacuum Arcs Stabilized by Axial magnetic fields. IEEE , vol. Pas-92,No. 5 ,1973 2 Yanabu S0 et al, Post Arc Current of Vacuum. Interrupters. IEEE Trans, on T&D, 1984 3 Yanabu S. et al. Post Arc After High-Current Interruption in Vacuum. Vol EI-20, No. 4, August, 1985 4 Yanabu S, et al. Post Arc Curre nt in Vacuum Interrupters. IEEE Power Engineering Society , 1986 WinterMeeting, February 2-7, 1986 |
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