真空断路器的触头系统及其负载分析

本文将真空灭弧室的触头系统作为一个内力系统进行了分析,建立了分析方程式,并且得出结论：在超行程阶段（或触头工作状态）,真空灭弧室动、静触头之间的电动斥力只能是触头系统的内力,不是操动机构要克服的负载,操动机构克服的最大负载只能是触头弹簧在压缩过程中产生的反作用力。同时通过对真空断路器的力学特性研究,将文献资料上的真空断路器的负载特性进行了修正。     

单相真空灭弧室开断大短路电流的最佳控制方法

本文给出了单相真空灭弧室开断大短路电流的最佳控制方法。研究表明,触头分离时刻对真空灭弧室的状态有很大影响,也因此极大影响着真空灭弧室的开断能力。只要按照这种方法,借助于一台适合的弹簧操动机构控制触头分离,人们就能在开断大短路电流期间保证得到护散型电弧,就可以使触头的熔化程度降至最低。真空灭弧室的开断能力和寿命也会从根本上得到提高。     

Cr含量对CuCr触头材料开断能力的影响

CuCr触头材料中的Cr含量的影响,特别是对大电流开断的影响的研究,迄今为止几乎全部是在试验用真空灭弧室内进行,而不是在实际的真空灭弧室中进行的。触头和它们周围的环境（机电的或气体的）之间可能的相互作用或许需要工业用的真空灭弧室,以便得到一个更切合实际的Cr含量对触头材料综合性能影响的试验判断方法。本文中触头内的Cr含量在5－75wt%的范围内变化,并使用38kV纵磁场真空来灭弧室进行试验。测量了作为Cr含量函数的触头材料的电导率、硬度特性和真空灭弧室的总电阻。在短路电流开断试验的前后,测试了触头材料的交流电压和脉冲电压的耐受能力。触头的电侵蚀性能在真空灭弧室经受仅半个周期的燃弧试验时确定。     

横磁场和纵磁场中真空电弧的离子能量

在真空断路器中，当电流达到几千安时会产生电弧集聚，我们使用两种触头来克服由于这种现象而产生的不良后果。横磁触头产生的横磁场使集聚电弧旋转，电有量均匀地分布在触头表面。纵磁触头可以防止电弧集聚到很高的能量。为了提高这两种真空断路器的开断容量，了解电流零点附近真空电弧等离子体（即真空电弧）的特性和变化过程，如等离子体的密度、等离子体的衰变以及能量就十分重要。在本文中，我们主要是用延迟场分析仪来研究电流过零前最后3ms内电弧电流的有效值达到了7．5kA时真空电弧等离子体中离子能量的分布状况。研究发现：横磁和纵磁触头的电弧离子能量存在着明显的差别。在电流超过5kA时，这两种触头上电弧离子能量的分布接近于麦克期韦（Maxwellian)分布，这是一种由离子碰撞决定的等离子体的特有分布。也就是说，在电流接近零点时，横磁触头中电弧离子的运动具有很强的方向性，而纵磁触头中能量的分布却明显受到离子碰撞的影响。     

真空间隙的直流脉冲长延时击穿

就高压真空绝缘来说，导致真空电击穿的过程尤其是在大触头开距和长延时情形下的击穿过程，到目的为止尚有诸多不明了的地方。近期的测量结果表明，机械冲击是导致间隙击穿的原因。击穿几年在原始触头条件下最高，而在经过大电流燃弧后有所降低。非金属杂质和遥机杂质在击穿过程中起着重要作用。与可式真空灭弧室相比，商用真空灭弧室没有对机械冲击表现出任何敏感性。除了击穿几率与延时之外，我们也对击穿过程中的暂态电压和电流进     

真空断路器内部气体压强的诊断方法

真空断路器体操小且极少维修。然而使用几年后,需要对真空灭弧室进行检测以保证真空室内具有足够的真空度。超过一定阀值的内部压强的升高将会降低电流开断容量和绝缘性能。普遍的做法是在工厂内对新地真空灭弧室进行压强测量。常用的测量系统是众所周知的磁控管原理。然而,使用多年后的真空断路器中真空度检验和新生产出的真空灭弧室的压强测量需要不同的测试程序和诊断技术。真空断路器的使用者对适用于现场使用的能否检测出超过     

用不同成分,不同加工工艺制成的铜铬对接触头的绝缘性能和熔焊特点

目前，铜铬作为一种触头材料已被接受并在真空开关中普遍应用。尽管它有许多众所周知的优点，但是，与铜铋相比，在断路器进行大电流闭合操作时，它却具有易熔焊的缺点。因此闭合操作后出现的无电流熔焊分离会影响触头间隙内的介质性能。本文就无电流开断后触头之间熔焊以及电场增强系数β和击穿电压进行了试验研究，并将它们作为诊断手段来研究不同铜铬成分、不同加工工艺对安装在标准真空灭弧室中的触头性能的影响。     

纵磁场真空灭弧室

真空作为一种经受过考验的开断介质特别在中压领域相对其它介质具有许多优势。过去ＡＢＢ公司配断路器的真空灭弧室横磁场触头。为了满足对短路开断电流的最高要求,研制出具有纵磁场触头的真空灭弧室,能够可靠地开断短路电流６３ｋＡ及以上。在电压技术领域,真空技术已在许多使用场合,在很大程度上取代了其他灭弧介质,如油或ＳＦ６。真空灭弧室的特点是结构简单而紧凑,免维护、寿命长以及良好的环境兼容性。ＡＢＢ ＣａｌｏｒＥｍａｇ公司从８０年代初就已研制真空灭弧室「１」（图１）。在位于德国那建根市的研究中心（Ｒ＆Ｄｃｅｎｔｅｒ）,高级工程师们利用先进的工具和高效的计算机软件使灭弧室的设计和功能最佳化。最新的研究成果包括新开发的真空接触器和负荷开关灭弧室系列「２」以及自动制造触头的创新工艺方法。随着１９９９年新的生产设备的建成,除了确保高     

真空灭弧室双极和四极从磁场触头设计

纵磁场触头被运用在真空灭弧室中,特别是用来开断大的短路开断电流。本文介绍了双极和四极纵磁场触头的设计,阐述了它们的特性。首先对两种触头结构的原理进行了讨论;接着采用有限元法进行三维场模拟处理,对磁通密度的大小、电流与磁通密度的相位移、燃弧期间固定触头间隙中电流过零后的剩余磁场、触头分闸期间运动对电流参数的影响等进行了研究。在纵磁场电极设计过程中一个重要的参数是电流通过时纵磁场触头产生的电磁吸引力,这个力能够缩减由断路器施加的触头压力。     

用小触头间隙开断大电流的试验

为了研究触头间隙对大电流开断性能的影响，我们在两种商用的真空灭弧室上进行了一系列试验。我们把这两种灭弧室分别称作Ａ型和Ｂ型。在综合试验台上，对Ａ型灭弧室在１２ｋＶ、３１．５ｋＶ下试验，对Ｂ型在１２ｋＶ、１３．１ｋＡ下试验，所有值均为有效值。每种类型灭弧室都用三只试管，在触头间隙为１ｍｍ至８ｍｍ之间进行试验。另外，由于短路试验的同一种触头装在可拆式真空灭弧室里，以便用高速摄像机拍照。结果表明，触头间     

发展高电压等级真空断路器的技术问题探讨

本文对发展高电压等级真空断路器的关键技术问题，如触头材料，灭弧室耐压特性、电弧特性、弧后特性、波纹管设计及触头运动特性等进行了探讨，可为高电压等级真空断路器的设计提供依据。     

真空灭弧室开断后氧化铝瓷表面冷凝的金属蒸汽的研究

对真空灭弧室开断后瓷壳（高纯Al2O3)表面绝缘性能的基础研究已经进行过。为了研究屏蔽筒对于瓷壳表面金属蒸汽冷凝的防护作用。我们使用不同类型的真空灭弧室（Ⅵ）,即有屏蔽筒和无屏蔽筒的灭弧室。另外,还研究对比了CuCr25(重量百分比）和WCAg40(重量百分比）两种触头材料的金属蒸汽与氧化铝瓷表面附着力的差别。对真空灭弧室进行高压考炼后,在触头之间触发产生一个任意燃弧时间的直流电弧,它可模拟大电流开断和负载开断时产生的金属蒸汽,在每次燃弧测试之间,所有灭弧室的绝缘水平都用一个交流高压源来检测。之后,将真空灭弧室打开,用电子扫描显微镜（SEM）来分析瓷壳内表面冷凝金属的微观结构,用电感淹合等离子法（ICP）来研究金属层的化学成份,为了比较触头材料与冷凝的金属蒸汽层电性能之间的关系,还测量了金属蒸汽冷凝层的电导。     

真空灭弧室各种触头材料在开合负载条件下的性能

在过去几年里,真空开关原理在中压系统中得到了广泛的认可。当控制大电路电流的真空断路器几乎都采用ＣｕＣｒ２５（重量％）至ＣｕＣｒ５０作为触头材料时,用于开合较低负载电流（如接触器）的真空灭弧室所选用的触头材料还未确定,这种材料也必须满足多次开合操作下的低烧蚀、低截流值、产生高频瞬态电压的可能性以及灭弧能力好等要求。人们不仅经常采用以难溶成份为基本组分的材料,如ＷＣｕ、ＭｏＣｕ、ＷＣＡｇ等,而且似乎也在使用ＣｕＣｒ材料。本文的目的是研究这些材料在负载及超负载条件下的开断性能。实验是在合成试验电路中利用一个真空试验室进行的。试验室的触头处于有效值达７ｋＡ的燃弧电流,峰值为２３ｋＶ的瞬态恢复电压的作用下。利用扫描电子显微镜,我们比较了各种触头材料的开断能力和燃弧后的触头表面状况。     

基于ARM的真空断路器触头磨损检测系统

真空断路器灭弧室触头是断路器实现分闸合闸的关键部件,需定期检查,但常规人工检测方法费时费力。经过对真空断路器灭弧室机械结构特点与动作过程的研究,设计出一种基于ARM处理器的触头磨损度检测系统,此系统由安装在断路器端的从机和安装在控制室电脑上的主机适配器组成,系统使用搭载ARM1176JZF-S处理器的S3C6410芯片、AD3812模块、W-DCD5位移传感器、4432系列射频无线模块等器件实现了在机房使用一台PC机或手机短信对多台真空断路器灭弧室触头磨损进行远程检测与控制。经测试,系统检测误差低于0.78%。系统检测精度高,使用方便实时性好,可靠性强,大大减少了以往的触头检测工作量。     

纵向磁场高压真空灭弧室

能开断高压回路电流的纵向磁场高压真空灭弧室有一个外壳和两个触头，其外壳能维持管内处于真空状态，而触头则安装于此外壳内。触头能在两位置间作相对运动，第一个位置是两触头互相接触的位置，第二个位置是触头相互分离的一适当开距的位置，在此位置，足以开断流过触头的电流。开关触头中的一个或两个触头包含有一些螺旋缠绕的导电条、一个导电杆部件和一个导电触头部件。导电杆部件能把电耦合的列螺旋缠绕导电条的一端，而导电触     

真空断路器的真空监测

真空灭弧室封离后的真空度通常用潘宁或磁控法进行测量（用电场和磁场相结合的方法）。用这种方法可以测量１０＾－１￣１０＾－４Ｐａ范围内的真空度。然而，当它用真空断路器上这些方法就无能为力。最早期在开断过程中采用一种判断高频开断性能好坏作为一种可能解决方案。但是，调查研究表明在１０＾－１￣１０＾－５Ｐａ压强范围内发现有不同数量的高频予击穿电流回数。在开断过程中５和３０Ａ之间的直流电弧的电流截止对于通过测     

测量大电流开断能力时得到的真空灭弧室模型

此文中的真空灭弧室模型用的是ＨＯＬＥＣ生产的商用真空灭弧室。该模型可以用来确定不同的电流开断状态下的开断能力。我们将说明如何从综合试验线路开断试验中得到该模型。测量的数据主要包括短路电流、电弧电压、瞬态恢复电压及燃弧的时间。从这些数据中，其它重要信息如临界电弧能量，转移电荷数量也可以算出。我们将会在不同的图形中列出用理论模型计算的结果以及测量的数据。而且，还要列出这种真空灭弧室在非额定值下的曲线以及不同类型电极结构之间的对比。     

铜钨触头材料真空灭弧室的容性开断能力

我们对铜钨触头材料和铜铬触头材料的２４ｋＶ真空灭弧室模型进行了并联电容器开断试验。铜钨触头材料的重击穿概率低于鲷铬触头材料的重击穿概率。除了大电流开断能力，铜钨触头材料在并联电容器开断上也是性能非常优良的首选材料。     

真空断路器在机械冲击下延迟放电

我们已经测量了电流断开后真空断路器内延迟放电与作用于真空断路器的真空灭弧室上的机械力、电动力之间的函数关系。而且还发现了发生强烈的属冲击型的高达１０＾４ｍ／ｓ＾２的加速度值与延迟放电概率的增值之间的修正关系。通过使用简单的机械阻尼法减小冲击波幅值可以使延迟冲击概率下降５０％。由此得出，在试验中观察到的大多数延迟放电都是由于松散地附在触头表面和蒸汽屏蔽筒表面的微粒以及在强烈冲击下被释放的微粒引起的。     

真空接触器用WCAg和WCCu触头材料性能的比较

近来，WCAg已成为真空接触器中优选的触头材料之一，它可以用来开断几安培至几千安培的负荷电流，可以满足真空接触器低烧蚀、低截流值、熄弧能力强等要求。当前的工作是尽量减少这一材料中银的百分含量或完全替换它。本文中讨论了Ag和WC含量以及用Cu取代Ag对开断性能的影响。文中对不同触头材料的开断能力、截流值、烧蚀率以及燃弧后的触头表面状态进行了比较。在一合成试验回路中，用一可拆式真空灭弧室进行实验。开断能力试验中，触头应承受7kArms的电弧电流和23kV的峰值瞬态恢复电压。在谐振频率为6800Hz，涌流阻抗为1066欧姆。试验电流为45Arms的试验回路中测量出截流值。