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真空电弧弧后电流研究
发布时间:2017-06-08 阅读:

 


西安交通大学    王季梅董风宇


摘要真空电弧弧后电流的测量及其测量结果分析.并采用了两种不同电极材料和两种 不同结构型式的国产真空灭弧室作为试样来阐述对弧后电’充的影响•最后根据这些试验结果来解 释弧后电流的待性.

Abstract Messuremen t of post arc currents in vacuum circuit - breakers • Tw 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 those results.


用真空灭弧室分断大电流时,有时亦会 出现明显的•弧后电流•。在真空中出现弧 后电流的主要原因是由于在分断大电流时, 当电流过零瞬间,电极间还存在着足够的剩 余等离子体,并且同时有较高频率的瞬态恢 复电压加于真空灭弧室电极间而引起的。尽 管分析这些现象比较复杂,因为它与真空灭 弧室电极的结构、触头材料和瞬态恢复电压 的性质等有关,但对研究真空灭弧室外特性 及其现象具有现实意义,

国夕卜研究者ReeceFarrallKimb-

linMorimiyaYanabuU_2.3.4等,曾

对真空电弧的弧后电流作了大量的研究工 作,据供了许多十分有用的资料。本文对几 种国产的真空灭弧室作了初步研究,其研究 结果可供我国现有的真空灭弧室设计者和真 空电弧机理的研究者参考。

一、试验方法

1.试验线路

测量弧后电流的试设..¾路如图1所不。 线路由L1C1-L2C:组地的威尔合成回路。

用来调节恢复电压的速率,厂/为被试真 空灭弧室,Sk为测量弧后电流的分流器•试


图1 测量弧后电流的线路图


验步骤如下:开始时关合厂J1,有一引弧电流 (大约50〜1G0A)通过F/,然后分断被试真空 灭弧室F八辅助开关F/,和直到触头达 到全分断位置,随即将主开关厂A闭合。这时 主电弧电流引入K/,整个电流的变化过程如 图2所示。当主电弧电流接近电流零点前,触 发点火球隙7\。由C2放电提供一个所需的 山7心(频率为500Hz)的电流,此电流与主电 弧电流叠加,最后在被试真空灭弧室电极间 出现恢复电压过程。

分流器SAi两端并联有辅助开关FZ4, 当主电弧电流通过这个节点时,极大部分电 流引入,而只有极小部分电流旁路Mt. 分流器的响应时间实测值小于〇.25外, 阻值为170.5mQ。用双通道记忆示波器记 录孤后电流和恢复电压,


A


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2 •试验灭弧室结掏

对四种不同结构的真空灭弧室作为试 品,进行了试验研究:(1 )无磁场作用平 板形结构纯铜触头:(2)有1/2匝线圈纵 破结构的纯铜触头;(3)有1/2匝线圈纵 磁结构的CuCr触头,其中Cr含量为5〇夯; (4)有1/2匝线圈纵磁结构的CuCr触头, 其中Cr含量为25哚。触头直径均为60mm, 开距均为Wmina

二、试验结果和分析

四种不同结构和触头材料试验结果如图 3、图4、图5和图6所示。从图中可以看 出,在相同的恢复电压速率下,无磁场作用

a'

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图3无磁场作用、平板形结构、纯铜触 头,恢复电压速率5kV//iS弧后电 流与开断电流的关系 (X表示发生击穿)

平板形结构纯铜触头,弧后电流最大。1/2

匝线圈纵磁结构的纯铜触头,弧后电流其 次。Cr含量为50%触头,弧后电流第三。 而Cr含量为25锌的的触头,弧后电流最小。



4  1/25租线围纸班结构、纯铜敢头,恢

复电压速率5fcV/ns弧后电流与开 断电流的关系 (X表示发生击穿)



图5  1/2匝线圈纵磁结构、Ci■含置5〇务

触头,恢复电压速率5kV/ns弧后 电流与开断电流的关系 (X表示发生击穿)



图6  1/2匝线圈纵磁结构、Cr含童25 %

触头,恢复电压速率5kV/ns弧后 电流与开断电流的关系 (X表示发生击穿)


所有试品在开断失败前均出现了弧后电流大 辐度增加的现象。由此可以推知,当弧后电 流开始有明显增加时,意味着真空灭弧室即 将达到开断极限。

在电压恢复速率为SkV/^s时,弧后电 流的持续时间一般为1〇化,但当开断电流增

• 9 •


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至接近出现开不断时,持续时间显著增长, 同时出现弧后电流与恢复电运同频振荡,如 7所示。该图对应的开断电寧大约为 26kA,而在紧接着的W2SkA时开始发生 开不断现象如图8所示。



 


图7   I/2匝线圈纵磁结构、CuCr触头、

Cr含量5〇 %弧后电流示波图,开 断电流26kA, IP = 2.9A/格, ■Vs=8kV/格,t = lns/格



图8   1/2匝线圈纵磁结构、CuCr触头、

Cr含暈为5〇 %弧后电流产生的同时 发生击穿的示波图,开断电流为 27.5kA , 1;= = 5.8人/格,Vs =

8kV/格,.t,= lns/格.  ,

试验还指出:弧后电流对电压恢复速率 极为敏感。当电压恢复速率为1.2kV/叫时, 尽管开断电流増至很大,直至发生阳极斑点 现象而开不断电流时,出现弧后电流很小或 几乎没有出现弧后电流。当电压恢复速率为 5kV/_;us时,弧后电流大约在1〜2A的范围。 当电压恢复速率为6kV/抑时,弧后电流将 増加到5〜6A的范围,如图9所示。

• 10 •



Cr含量25 %,弧后电流实验曲线


IOa所示为1/2匝线圈纵磁结构、Cr 含量25%触头,在开断22kA以下电流情 况下的弧后电流典型波形图,弧后电流在第 一个半波后就迅速衰减。图1〇^所示为同 样结构和同样触头材料,在开断电淹为2SkA 时的弧后电流典型波形图,弧后电流在第二



(a ) 1/2匝线圈级磁结构、Cr含量25 %触 头、开断电流22kA.



(b )同图IOa开断电流为25kA



图10


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个半波时,还存在较大的数值。图10c) 所示为同样结构和同样触头材料,在开断电 流为27kA时的弧后电流典型波形图。孤后 电流还未达到第一个半波峰值,就突然发生 击穿现象。从此可以初步估计出所研究设计 的真空灭孤室的分断能力。

三、结 论

用真空灭弧室开断电流时,在一定开断 电流范围内,一般不会出现弧后电流,但当 一旦出现弧后电流现象时,可以初步判断真 空灭孤室的真空电弧的扩散作用已开始减 弱。若再继续增大开断电流时,弧后电流将 随着开断电流的增加而增大,至弧后电流有 显著增加的时刻,这时真空灭孤室可能即将 趋近于极限开断能力。

真空灭弧室的孤后电流对恢复电压的速 率特别敏感。从试验表明,弧后电流随着恢 复电压速率的提高而增大。

在极大多数情况下,正常的弧后电流在


第一个半波后即大幅度衰减,当开断电流增

大到弧后电流在第二个半波衰减程度不够显

著时,则意味着真空灭弧室可館已快达到设

计的极限程度9

参考文献

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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