AMF与TMF高频磁场特性仿真对比分析

真空灭弧室的灭弧性能与真空灭弧室触头的磁场特性密切相关,其中纵向磁场(AMF)灭弧技术与横向磁场(TMF)灭弧技术应用最为普遍。基于人工零点的高压直流真空断路器,引入高频震荡电流帮助开断,为了分析真空断路器开断高频电流情况下的磁场特性,文中建立了两种类型的触头结构进行有限元仿真,对比分析真空灭弧室磁场特性以及触头片涡流情况。结果表明:在高频电流开断情况下,横磁结构触头与纵磁结构触头相比有更好的磁场特性分布;触头片涡流是影响纵磁结构触头磁场特性恶劣的关键因素,而对横磁触头间隙磁场特性几乎没有影响。     

真空断路器开断过程中灭弧室内动态真空度的分析

本文分析代断路器开断过程中灭弧室内动态真空度的变化规律。根据燃弧时灭弧室内的放气、吸气物理过程,导出了电弧电流、触头电弧侵蚀率、触头材料含气量、灭弧室有效容积之间的关系,给出了触头材料含气量的判据,为真空灭弧室设计和触头材料选择提供一个方面的依据。     

塑壳断路器不同结构触头灭弧系统吹弧磁场的分析

对塑壳断路器内部的触头灭弧系统结构进行改动,其触头打开电弧燃烧时的吹弧磁场亦会有相应的改变。应用三维有限元软件ANSYS分析了4种不同触头灭弧系统结构的吹弧磁场,对比了4个模型在通以相同电流的情况下,电弧中心线的磁感应强度B以及电弧受到的磁吹力。为增强吹弧磁场的磁吹力、提高触头灭弧系统的灭弧性能提供了方法和思路。     

基于分合闸电气量的真空断路器灭弧能力在线检测研究

高压真空断路器灭弧性能的退化易导致断路器触头动作过程中持续性电弧的产生,将会破坏触头表面粗糙度,导致滞后分合闸时间,严重时会引发击穿爆炸事故。因此,亟待开展高压真空断路器灭弧性能监测研究。现有对高压真空断路器灭弧性能的研究主要采用对灭弧室真空度的测量,但是存在测量周期较长、无法保证气密性等问题。通过分析灭弧室内熄弧原理,发现根据介质恢复时电弧电阻对电弧电流衰减特性的影响可以反演灭弧室内的熄弧水平。据此提取电弧电流趋势项作为灭弧能力的表征量,提出了一种仅基于电气量的高压真空断路器灭弧能力在线检测方法。该方法具有能够快速实时监测及测量手段安全的优势,现场实测数据及数字仿真验证了其有效性。     

大开断电流真空灭弧室触头材料含气量允许值理论判据

本文根据真空灭弧室在开断短路电流燃弧过程中灭弧室内动态压力的变化从理论上推导出触头材料含气量、灭弧室有效容积、触头电弧侵蚀率和开断电流之间的关系,给出了大开断电流真空灭弧室触头材料含气量最大允许值的理论判据。     

无磁触头真空灭弧室内电弧的形态与转变

引用美国西屋公司最近实验结果,对无磁触头真空灭弧室内的电弧形态及其转变条件进行分析和讨论,供国内真空灭弧室研究、设计、制造技术人员参考。     

大开断电流真空灭弧室触头材料含气量允许值理论判据

本文根据真空灭弧室在开断短路电流燃弧过程中灭弧室内动态压力的变化从理论上推导出触头材料含气量、灭弧室有效容积、触头电弧侵蚀率和开断电流之间的关系,给出了大开断电流真空灭弧室触头材料含气量最大允许值的理论判据。     

72.5kV真空灭弧室电位和电场分布研究

为分析72.5 kV真空灭弧室的电位分布和电场分布及其影响因素,建立了其轴对称有限元分析模型,计算了其电位分布和电场分布,研究了真空击穿的面积效应,并分析了主屏蔽罩的结构尺寸及多个屏蔽罩对真空灭弧室内部电场分布的影响。结果表明:真空灭弧室动静触头之间、触头和屏蔽罩之间的电位变化比较显著,灭弧室内部电场分布不均匀;随着触头间隙距离、触头半径及倒角部分曲率半径的增大,触头表面有效面积将增大,而灭弧室内部最大场强将有所减小;增大主屏蔽罩的半径和长度,可以使屏蔽罩两端的场强有所减小,在真空灭弧室内安装多个屏蔽罩,可以改善内部电场分布。计算结果可为高电压等级真空灭弧室的优化设计提供参考。     

荷兰Holec公司的中压真空断路器

<正>Holec公司生产中压真空断路器已有30年以上的历史。它生产的真空灭弧室和真空断路器独具特色。 它的真空灭弧室结构特别。该公司采用软磁性的马蹄形铁片在触头表面形成纵磁场。这保证了直至开断最大短路电流时的真空电弧为扩散型电弧,触头表面烧损微小。 Holec公司制定有专用的真空试验方法。将每个灭弧室置于充100％惰性气体的罐内。只有当每个灭弧室内的真空度与试验前的数值相等时,才合用。     

磁流体仿真与正交试验融合设计的灭弧室性能优化方法

低压断路器开断过程产生的电弧是影响其开断性能的重要因素,研究并优化低压断路器灭弧性能是提高其品质的关键。该文提出一种磁流体仿真与正交试验融合设计的灭弧性能优化新方法。建立了基于磁流体理论的电弧等离子体模型,研究了跑弧道形状、灭弧栅片数量、横向磁场、灭弧室压力等对灭弧性能的影响,得出优化因素组合及变量范围。在此基础上,建立了多维电弧参量测试系统,将磁流体仿真与正交试验进行融合,分别设计了四因素三水平、四因素四水平正交试验,融合后获得五个因素对灭弧性能影响强弱的排序为：灭弧室压力、横向磁场、跑弧道形状、栅片数及触头材料。最后结果表明,灭弧室压力、横向磁场、跑弧道弧度、触头Agcd比例变大均能减小电弧转移时间,栅片为7片时电弧转移效果最好。     

纵向磁场作用下触头间隙间的真空电弧形态变化的分析

正确的利用纵向磁场可大大改善真空灭弧室的分断能力，文中介绍了利用外加磁场的方式及在触头背面设置线圈产生纵向磁场的方式所做的各种真空电弧电流下的性能，分析了两种方式下的试验结果，研究了纵向磁场和真空电弧间的相互作用。     

大开距纵磁结构触头磁场特性的数值分析

通过分析几种用于中压真空灭弧室中的触头结构,探讨了将它们应用在高压真空灭弧室中的可能性。并用有限元的方法对单极线圈式和杯状纵向磁场触 头结构在大开距条件下的磁场特性进行了仿真计算。采用改变部分触头结构参数的方法来优化磁场分布,在分析计算结果的基础上探讨了将它们应用于高压真空灭弧室中的可行性。结果表明,在大开距条件下即使经过优化,1/3匝线圈式纵磁触头结构和杯状纵磁触头结构所产生的磁场也不足以控制真空电弧,而1/2匝线圈式纵磁触头有较强的纵向磁场,适合于大电流的开断。     

真空灭弧室性能参数分析

分析了真空灭弧室的性能参数。详细分析了触头结构、真空度、真空电弧温度的影响、触头间隙的确定、屏蔽罩厚度以及真空灭弧室的并联运行。提出真空开关在低压电器领域将有广阔的发展前景。     

真空电弧电压与电弧形态关系的实验研究

在可拆卸式真空灭弧室中对平板式电极进行了试验,通过高速电荷耦合器件(CCD)摄像机拍摄的电弧形态照片及示波器记录的电弧电压波形,研究了真空电弧的电弧电压与电弧形态的关系。作为对比,也对杯状纵磁触头进行了一些试验。     

横向磁场下中频真空电弧形态及电弧电压特性

研究了杯状横向磁场触头中频真空电弧(400~800 Hz)的电弧形态及电压特性。实验在单频回路中进行,采用去掉屏蔽罩的杯状横向磁场真空灭弧室进行实验,触头直径为66 mm,触头开距为4 mm。实验结果表明:只有当电流升高到一定值时,电弧才有运动现象;电弧的运动特性主要受磁场的影响;电弧运动不是产生高频电弧电压噪声的原因,而当阴极斑点占据整个阴极表面时,电弧电压才产生高频噪声。最后根据实验结果得到电弧电压与电流幅值和频率的关系公式。     

一种新型高压真空灭弧室触头及其特性

高压真空开关的核心部件之一是真空灭弧室,由于其触头开距较大,因此多采用纵向磁场触头,希望触头间隙有较强且较均匀的纵向磁场,这样可降低电弧电流密度,降低电弧能量,从而提高开断性能。该文提出了一种适合应用于高电压等级真空灭弧室的新型纵向磁场触头结构,该触头结构结构简单,便于加工,而且结构强度更好。利用有限元方法对这种新型的真空灭弧室磁向磁场触头间隙的磁场分布特性进行了计算与分析, 结果表明其磁场特性优于现有传统纵磁触头结构。利用这种新型触头结构制做了真空灭弧室样机,在单频LC振荡回路上进行了性能测试,结果表明在触头开距为40和60 mm时其同样具有良好的开断短路电流的性能。     

Computational investigation of the magnetic-field distribution in a 145-kV/40-kA rotary-arc circuit breaker

Rotary-arc circuit breakers (CBs) rely on an externally imposed magnetic field to move the arc column in the arcing chamber, hence reducing contact erosion and enhancing the interruption capability. The three-dimensional computation of the magnetic field was carried out for a prototype 145-kV/40-kA rotary-arc CB and the influencing parameters were identified. It is shown that the presence of an arc column in the arcing chamber, whether at high or low currents, does not impose significant distortion to the magnetic field that has a dominant component in the axial direction and for design purposes, its effects can be neglected. Strong eddy current is induced in the ring-shaped copper arc runner distorting the local magnetic field. Reducing the electrical conductivity of the arc runner material by a factor of three, effectively suppresses the influence of this eddy current on the magnetic field. The assumption of a steadily alternating magnetic field lagging the exciting ac current by a fixed phase angle may not be safe in the design of such CBs since the phase angle varies remarkably in the arcing chamber and the transient effects of exciting current can significantly affect the magnetic field for a period of up to 5 ms.     

中频条件下真空灭弧室的纵向磁场仿真

该文研究了中频400～800Hz条件下纵磁真空灭弧室内的磁场特性,利用Ansys Maxwell求解了三维瞬态纵向磁场分布.由计算结果可知:在电流变化的过程中,中心区域纵向磁场的变化明显滞后于其他区域.电流峰值时在触头片开槽交错放置的位置有磁场峰值区域,电流过零时中心区域有明显剩磁.当频率增加时,涡流效应更明显,使纵向磁场的磁感应强度值减弱.对中心点,频率提高导致过零时剩磁增加,磁场滞后相位更明显,影响电弧扩散.增加触头片开槽数可以减弱涡流效应,而增加触头杯座槽旋转角,触头中间平面磁感应强度的最大值近似线性增加.文中通过分析电弧形态和电压等实验结果验证了磁场滞后对真空灭弧室的开断能力的影响.     

非均匀分布纵磁控制真空电弧分布的初步研究

与传统的纵向磁场与真空电弧作用的认识不同,提出了在真空灭弧室的触头间加入非均匀分布纵向磁场来抑制真空电弧在大电流下的收缩,从而提高其开断能力这一思路.设计了一种相应的电极结构,并通过计算和实验分析了它的纵向磁场分布及参数的影响.