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西安交通大學 王季梅董風宇 |
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摘要真空電弧弧后電流的測量及其測量結果分析.并采用了兩種不同電極材料和兩種 不同結構型式的國產真空滅弧室作為試樣來闡述對弧后電’充的影響•最后根據(jù)這些試驗結果來解 釋弧后電流的待性. 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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用真空滅弧室分斷大電流時，有時亦會 出現(xiàn)明顯的•弧后電流•。在真空中出現(xiàn)弧 后電流的主要原因是由于在分斷大電流時， 當電流過零瞬間，電極間還存在著足夠的剩 余等離子體，并且同時有較高頻率的瞬態(tài)恢 復電壓加于真空滅弧室電極間而引起的。盡 管分析這些現(xiàn)象比較復雜，因為它與真空滅 弧室電極的結構、觸頭材料和瞬態(tài)恢復電壓 的性質等有關，但對研究真空滅弧室外特性 及其現(xiàn)象具有現(xiàn)實意義， 國夕卜研究者Reece、Farrall，Kimb- lin、Morimiya和YanabuU_2.3.4〕等，曾 對真空電弧的弧后電流作了大量的研究工 作，據(jù)供了許多十分有用的資料。本文對幾 種國產的真空滅弧室作了初步研究，其研究 結果可供我國現(xiàn)有的真空滅弧室設計者和真 空電弧機理的研究者參考。 1.試驗線路 測量弧后電流的試設..¾路如圖1所不。 線路由L1C1-L2C:組地的威爾合成回路。 用來調節(jié)恢復電壓的速率,廠/為被試真 空滅弧室,Sk為測量弧后電流的分流器•試 |
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圖1 測量弧后電流的線路圖 |
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驗步驟如下:開始時關合廠J1,有一引弧電流 (大約50?1G0A)通過F/,然后分斷被試真空 滅弧室F八輔助開關F/,和直到觸頭達 到全分斷位置,隨即將主開關廠A閉合。這時 主電弧電流引入K/，整個電流的變化過程如 圖2所示。當主電弧電流接近電流零點前,觸 發(fā)點火球隙7\。由C2放電提供一個所需的 山7心（頻率為500Hz)的電流，此電流與主電 弧電流疊加，最后在被試真空滅弧室電極間 出現(xiàn)恢復電壓過程。 分流器SAi兩端并聯(lián)有輔助開關FZ4, 當主電弧電流通過這個節(jié)點時，極大部分電 流引入,而只有極小部分電流旁路Mt. 分流器的響應時間實測值小于〇.25外， 阻值為170.5mQ。用雙通道記憶示波器記 錄孤后電流和恢復電壓， |
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A |
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2 •試驗滅弧室結掏 對四種不同結構的真空滅弧室作為試 品，進行了試驗研究：（1 )無磁場作用平 板形結構純銅觸頭：（2)有1/2匝線圈縱 破結構的純銅觸頭；（3)有1/2匝線圈縱 磁結構的CuCr觸頭，其中Cr含量為5〇夯； (4)有1/2匝線圈縱磁結構的CuCr觸頭， 其中Cr含量為25哚。觸頭直徑均為60mm, 開距均為Wmina 二、試驗結果和分析 四種不同結構和觸頭材料試驗結果如圖 3、圖4、圖5和圖6所示。從圖中可以看 出，在相同的恢復電壓速率下，無磁場作用 ............ t(kA> i 1$ 78~~P JO fH* 圖3無磁場作用、平板形結構、純銅觸 頭，恢復電壓速率5kV//iS弧后電 流與開斷電流的關系 (X表示發(fā)生擊穿） 平板形結構純銅觸頭，弧后電流最大。1/2 匝線圈縱磁結構的純銅觸頭，弧后電流其 次。Cr含量為50%觸頭，弧后電流第三。 而Cr含量為25鋅的的觸頭，弧后電流最小。 |
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圖4 1/25租線圍紙班結構、純銅敢頭,恢 復電壓速率5fcV/ns弧后電流與開 斷電流的關系 (X表示發(fā)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，恢復電壓速率5kV/ns弧后 電流與開斷電流的關系 (X表示發(fā)生擊穿） |
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圖6 1/2匝線圈縱磁結構、Cr含童25 % 觸頭，恢復電壓速率5kV/ns弧后 電流與開斷電流的關系 (X表示發(fā)生擊穿） |
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所有試品在開斷失敗前均出現(xiàn)了弧后電流大 輻度增加的現(xiàn)象。由此可以推知，當弧后電 流開始有明顯增加時，意味著真空滅弧室即 將達到開斷極限。 在電壓恢復速率為SkV/^s時，弧后電 流的持續(xù)時間一般為1〇化，但當開斷電流增 • 9 • |
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至接近出現(xiàn)開不斷時，持續(xù)時間顯著增長， 同時出現(xiàn)弧后電流與恢復電運同頻振蕩，如 圖7所示。該圖對應的開斷電寧大約為 26kA,而在緊接著的W?2SkA時開始發(fā)生 開不斷現(xiàn)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 %弧后電流示波圖，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含暈為5〇 %弧后電流產生的同時 發(fā)生擊穿的示波圖，開斷電流為 27.5kA , 1；= = 5.8人/格，Vs = 8kV/格，.t,= l〇ns/格. , 試驗還指出：弧后電流對電壓恢復速率 極為敏感。當電壓恢復速率為1.2kV/叫時， 盡管開斷電流増至很大，直至發(fā)生陽極斑點 現(xiàn)象而開不斷電流時，出現(xiàn)弧后電流很小或 幾乎沒有出現(xiàn)弧后電流。當電壓恢復速率為 5kV/_；us時,弧后電流大約在1?2A的范圍。 當電壓恢復速率為6kV/抑時，弧后電流將 増加到5?6A的范圍，如圖9所示。 • 10 • |
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Cr含量25 %,弧后電流實驗曲線 |
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圖IOa所示為1/2匝線圈縱磁結構、Cr 含量25%觸頭，在開斷22kA以下電流情 況下的弧后電流典型波形圖，弧后電流在第 一個半波后就迅速衰減。圖1〇^所示為同 樣結構和同樣觸頭材料,在開斷電淹為2SkA 時的弧后電流典型波形圖，弧后電流在第二 |
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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開斷電流為25kA |
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圖10 |
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個半波時，還存在較大的數(shù)值。圖10c) 所示為同樣結構和同樣觸頭材料，在開斷電 流為27kA時的弧后電流典型波形圖。孤后 電流還未達到第一個半波峰值，就突然發(fā)生 擊穿現(xiàn)象。從此可以初步估計出所研究設計 的真空滅孤室的分斷能力。 用真空滅弧室開斷電流時，在一定開斷 電流范圍內，一般不會出現(xiàn)弧后電流，但當 一旦出現(xiàn)弧后電流現(xiàn)象時，可以初步判斷真 空滅孤室的真空電弧的擴散作用已開始減 弱。若再繼續(xù)增大開斷電流時，弧后電流將 隨著開斷電流的增加而增大，至弧后電流有 顯著增加的時刻，這時真空滅孤室可能即將 趨近于極限開斷能力。 真空滅弧室的孤后電流對恢復電壓的速 率特別敏感。從試驗表明，弧后電流隨著恢 復電壓速率的提高而增大。 在極大多數(shù)情況下，正常的弧后電流在 |
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第一個半波后即大幅度衰減，當開斷電流增 大到弧后電流在第二個半波衰減程度不夠顯 著時，則意味著真空滅弧室可館已快達到設 計的極限程度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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