大电流放电条件下气体火花开关电性能研究

针对钼、钨铜合金和钨3种主电极材料的气体火花开关,进行大电流放电实验,研究气体火花开关电性能随放电次数的变化规律。结果表明,随放电次数增多,气体火花开关的击穿电压呈现逐渐下降趋势,下限工作电压逐渐升高;实验后开关电极表面形成了大量裂纹、烧蚀坑和突起等烧蚀特征。对比3种开关可知,在多次放电过程中钨开关的电性能较稳定,开关工作寿命最长;钼开关电性能参数波动较大,且开关在实验后期失效,开关寿命最短;钨铜合金开关的下限工作电压值偏高,且波动较大,击穿电压较稳定,开关寿命较长。因此可优先选用具有优异抗烧蚀性能的钨作为长寿命气体火花开关电极材料。     

大电流气体火花开关聚四氟乙烯绝缘子绝缘劣化产物分析

开关自击穿放电过程中高温电弧等离子体将对电极材料产生不可避免的烧蚀作用,电极熔融、喷溅并在高温大电弧作用下与绝缘子材料、绝缘气体等发生一系列复杂多变的化学反应,生成烧蚀产物附着于绝缘子表面,造成绝缘性能降低乃至失效。针对聚四氟乙烯绝缘子材料在大电流气体火花开关中满足长寿命要求条件下,共计进行20 000次自击穿放电实验,主要采用X射线光电子能谱仪与气相色谱仪作为检测手段,研究自击穿放电过程中固态与气态烧蚀产物的化学成分研究。研究表明:阳极、阴极绝缘子烧蚀产物成分相近;绝缘子内、外表面固态烧蚀产物的化学成分近似而含量却大不同;阳极与阴极绝缘子内外表面均损失大量氟元素,绝缘子外表面氟元素损失更为剧烈;气态产物中可检测到四氟化碳气体CF4,虽含量较少但因其强电负性,亦将对开关绝缘性能与工作性能造成较显著影响等。     

高压气体开关放电电极的显微结构表征

在不同放电条件下对高压气体开关进行单次放电实验,结果表明,随着峰值电流和传递电荷量增大,电极烧蚀范围逐渐增大,烧蚀坑面积和深度增大(凹坑深度达5.4μm),表面熔融化、熔融液滴铺展和表面微突起现象越显著,其中微突起主要来源于相对电极材料的溅射作用。针对钼和钨2种电极材料,研究高压气体开关多次工作电极的显微结构。可知开关表面均出现突起和裂纹等特征;钼开关电极表面烧蚀程度较严重,形成的颗粒突起较大(直径达30μm、高度达34μm),表面呈现的裂纹较宽(20μm)、较深(18μm)且数量较多,而且表面呈明显熔融态;而钨开关电极烧蚀程度较轻,表面出现一定数量尺寸较小的突起(最大直径为20μm,最大高度为18μm),裂纹少且尺寸小(宽度为5μm,深度为8μm)。     

大电流条件下气体火花开关电极烧蚀的研究进展

气体火花开关在各类脉冲功率装置中应用广泛,但放电产生的热等离子体将对电极材料产生烧蚀,烧蚀产物(金属蒸汽、液滴等)也会对开关绝缘造成污染,影响开关工作特性、缩短开关寿命,因而受到特别关注。在过去几十年间,国内外学者针对电极烧蚀机理及其影响因素开展了广泛研究,得到了常见电极材料在不同放电条件下的烧蚀特征;近年来,随着材料科学与诊断技术的进步,电极烧蚀研究集中在新型电极材料与烧蚀表征两方面。为此回顾了不同实验条件下电极烧蚀现象的相关研究,描述了电极烧蚀的基本特征,归纳了影响烧蚀的主要因素,介绍了电极与绝缘子表面烧蚀形貌的测试方法,介绍了电极烧蚀产物表征与分析的实验方法,论述了电极烧蚀对开关工作特性的影响规律。最后,分析并提出了电极烧蚀的一般评估方法,指出了电极烧蚀研究的热点问题和发展方向,对今后继续深入开展该领域的研究工作具有一定借鉴意义。     

多级多通道气体火花开关的同步放电特性

具有广阔应用前景的气体开关是快脉冲直线型变压器(LTD)这种新型初级储能脉冲功率源的关键部件,为提高其工作性能,对多级多通道气体开关多路同步放电特性进行了初步的实验研究。在优化设计标称电压200kV多级多通道气体火花开关的电极支撑结构后采用绝缘子内抠槽平面支撑结构,使用圆环形凸面结构电极代替圆环形平面电极。利用电磁场分析软件计算开关的电场分布表明:直流高压作用下,开关各间隙电压分布较均匀;触发脉冲作用下触发间隙电场畸变明显。10只开关的同步放电实验研究结果表明,10只气体开关的自击穿特性和触发特性有一定个体差异,其中5只开关并联放电同步性能良好,输出电流脉冲能有效叠加;工作气体为0.14MPa氮气,正负充电60kV,5只开关并联放电,能够产生上升沿约100ns,峰值约100kA的电流脉冲。     

气体火花开关电极的烧蚀研究

为分析气体火花开关的电极烧蚀问题 ,首先用尼康ECLIPSEME6 0 0P型显微镜实验研究了开关放电后电极表面的微观形貌和侵蚀特征 ,结果表明电极烧蚀的典型图象大致有 3种 :弧坑、突起、裂纹 ;电极烧蚀机理的定性分析表明电极表面烧蚀的图象可用热爆炸力、磁流体动力、热应力等学说解释     

长寿命铜钨合金气体开关电极的烧蚀形貌

研究密闭腔内结构紧凑、长寿命、大通流能力且能重复频率稳定工作的气体开关,对于油气开发中应用的脉冲功率装置意义重大。从工程实际出发,开展了对铜钨电极烧蚀形貌与相关特性的系统研究。搭建了开关实验平台,模拟实际工程中开关的变化过程。通过接触式非球面测量仪、共聚焦显微镜等设备完成对不同寿命阶段电极表面形貌的观测,得到表面轮廓线、平面显微图像,以及3维重建模型等数据,定量表述电极表面烧蚀形貌。结果表明,随着累计转移电荷量的增加,阳极、阴极的表面粗糙度均明显增加,且边缘区较中心区具有更高的粗糙度;对于同一区域,阴极都具有更高的粗糙度;20000次自击穿放电后,表面粗糙度增加至7.752?m(阴极,边缘)与5.573?m(阳极,边缘)。总体而言,阴极较阳极烧蚀更为严重,多次放电后表面形貌复杂,难以用简单模型描述。该研究是对传统气体开关技术的重要补充,具有相当的科研价值,同时也对油气开发等工业应用实际具有重要借鉴意义。     

气体火花开关电极烧蚀形貌研究

开展了不同放电条件下气体火花开关单次放电实验,研究发现表面电极材料喷溅程度随着峰值电流和传递电荷量增大而逐渐变大,电极表面形成的烧蚀坑熔融化越明显,凹坑直径越大。分别采用钼和钨作为开关电极材料,研究多次放电过程中气体火花开关电极烧蚀形貌的变化规律和电极烧蚀率。结果表明,Mo和W开关的电极烧蚀率分别为9.0×10-6g·C-1和5.0×10-6g·C-1。在放电过程中,烧蚀区域由电极中心扩宽至边缘,表面粗糙度逐渐增大,中心区烧蚀严重。Mo电极表面呈现大量宽裂纹以及少量粒径达30μm的突起颗粒;W电极表面形成的凹坑较小,裂纹较窄,突起颗粒较小。对比两种开关电极,Mo开关电极烧蚀率较大(9.0×10-6g·C-1),烧蚀较严重,表面呈明显熔融态;而W开关电极烧蚀率较小(5.0×10-6g·C-1),表面整体较平整。因此在长寿命应用等场合,可优先选用W作为电极材料,以减少电极烧蚀程度。     

多间隙气体开关放电通道图像的实验研究

利用 45°锥体不锈钢反射镜和分幅式变象管高速相机 ,研究了环状不锈钢和弹簧两种间隙电极结构的气体开关在不同气压下自击穿和触发击穿时的放电通道。实验表明 :两种间隙电极结构开关触发击穿放电通道数比自击穿多 ;同等实验条件下 ,环状不锈钢间隙电极开关放电稳定性比环状弹簧间隙电极开关好 ,弹簧电极的均匀性和支撑需要进一步完善。     

水中脉冲放电电极的烧蚀特性

为研究水中大功率脉冲放电电极的烧蚀特性,研制了基于液电效应、脉冲功率、频谱共振理论的页岩储层改善装置,该装置最高脉冲电压为30 kV,最大脉冲频率为50 Hz,充分满足页岩储层共振需求。利用COMSOL有限元仿真软件求解装置水中二维轴对称的放电模型,得到剧烈放电阶段水间隙的温度场分布变化特性,以及电极表面的温度分布特性和烧蚀特性。模拟结果表明:剧烈放电初始阶段阳极温度更高,并呈现钟形向阴极快速发展;剧烈放电尾声,阴极附近的温度更高;放电结束后,电极表面温度最高点呈现出与电极同圆心的圆环状,越靠近圆环,电极表面温度越高;放电结束后阳极的熔池半径为阴极的1.45倍,阳极的熔池深度为阴极的2.25倍,导致阳极烧蚀程度比阴极严重,该结论与试验结果相符;并通过仿真得到了不同电极间隙距离、不同水压工况对电极烧蚀程度的影响。     

开关电路拓扑的分析和推演

本文提出了一种建立在对电路和元件高度抽象的基础上的拓扑推演的方法，通过对节点数和电压源、电流源数量及位置为一定的条件下的所有开关拓扑的穷举和判别，筛选出所有有效的拓扑，并可以确定每个拓扑所有可能的开关状态。这种方法适合于进行机器化的拓扑分析和生成。     

厂用电电源切换时的相位差问题探讨

探讨了在两个不同电压等级的电网引接工作电源和备用电源的问题。采取Matlab仿真系统和厂用快切原理,建立仿真模型,在工作电源与备用电源之间的相位差(俗称功角)较大的情况下,试验厂用电源之间的切换。经分析,由于快速切换和同期捕捉切换的有机结合,在厂用电源引接中,快速切换装置均能圆满完成厂用电源之间的切换,相位差不再是一个决定性的因素。     

中压电器行业动态及智能开关柜简介

文章分析了国内中压电器制造企业当前普遍的状况、中压电器当前竞争的热点产品,以及中压开关柜智能化技术。对众多中压电器制造企业有一定的帮助。     

一种无线遥控开关电路的分析和设计

采用CC1101设计了一套能够控制多路家用电器的无线遥控开关。该设计采用433 MHz稳频无线电遥控组件及其他外围设备来组装遥控开关,以STC89C52单片机为核心,实现了开关电路的基本功能。该无线遥控开关电路可控制8路开关,可在小于30 m的范围内实现多路遥控电源电路的接通与断开,具有适应环境能力、抗干扰能力强、操作灵活的优点。     

一种新型电器开关——机电一体化开关

机电一体化开关由有触点开关和电子开关的串、并联电路及它们的控制装置组合而成,它综合并发展了有触点开关和电子开关双方的优点,如可控性好、过载能力强、抗干扰能力强、使用寿命长等,特别是由于可以彻底地消灭电弧,因而可显著地简化现有开关尤其是高压负荷开关的结构,提高性能。机电一体化开关代表了现代开关的发展方向。     

开关磁阻电机调速系统在电牵引采煤机上的应用

主要介绍了开关磁阻电机调速系统的优点和应用原理。     

火电厂磨煤机油站电源跳闸原因分析及处理措施

介绍某火电厂1号机组连续发生的磨煤机跳闸停运故障情况,分析故障原因,并从单体电源可靠性、系统电源可靠性、磨煤机运行可靠性等方面提出处理措施.     

接地刀闸新型防误装置的研制

防止接地刀闸的误操作是“电力五防”之一。针对老式电磁锁在结构上存在的弊端,研制了一种接发刀闸的新型防误装置。文章介绍了装置的构成,技术性能和优点。     

10kV固态电源切换开关的研制

提出了基于晶闸管阀和并联高速机械开关的固态电源切换开关(Solid State Transfer Switch,简称SSTS)设计方案,正常情况下线路电流通过机械开关,晶闸管只是在切换期间才投入运行。阀体采用自然冷却方式,解决了常规固态开关运行时的损耗问题,具有很好的工业应用前景。给出了SSTS的切换控制策略;分析了开关的开断特性。最后通过试验验证了主电路和控制系统方案的可行性。     

光伏发电并/离网切换控制策略研究*

对于具有并网及离网双模式运行功能的光伏发电系统,实现两种模式之间的平滑切换一直是控制上的难点。建立了三相光伏发电系统仿真模型,分析研究光伏逆变器的并网、离网两种模式的切换控制策略。提出了一种实现并/离网平滑切换的方法,采用分相并网开关,检测电网电压每相过零实施开关合断并合理配合控制策略的切换时序,离网时则采取PI调节器重载初始值的方式保持逆变器稳定电压输出。仿真结果表明,逆变器输出波形有效地得到改善,证明了该控制方案的可行性。