横磁触头真空电弧起始运动的临界触头开距实验研究

起始桥柱状真空电弧运动的临界开距是对应于横磁触头大电流真空电弧运动模式演变的标志性物理量,对横磁触头真空断路器大电流开断性能具有重要影响。本文的研究目标是实验研究横磁触头开槽方式、燃弧时间和电弧电流等因素对横磁触头起始桥柱状真空电弧运动临界开距的影响规律。研究结果显示在燃弧时间0 ms~10 ms、电流有效值5 kA~31.5 kA的实验条件下,3种结构的横磁触头的起始桥柱状电弧有越靠近电流峰值起弧,停滞时间越长的趋势。直角槽型卐字形横磁触头（CuCr40）、螺旋槽型横磁触头（CuCr25）和曲线槽型卐字形横磁触头（CuCr50）的电弧运动临界开距分别在0.96,1.1 mm 和1.7 mm有概率最大值点。相关研究结果对横磁触头大电流真空电弧的发展和演变特性的理解提供基础。     

126kV真空灭弧室2/3匝纵磁触头磁场分析及优化

为了得到126 kV真空灭弧室2/3匝线圈型纵磁触头的优化设计参数,文中采用实验设计—磁场有限元计算—统计分析相结合的方法,对触头间纵向磁场特性进行了单因素分析和正交回归分析。选取触头开距、单匝线圈高度、线圈宽度和触头片槽长4个设计参数作为优化对象,以电流峰值时纵向磁感应强度最大、磁场滞后时间最小和导体电阻值最低作为优化目标,得到了磁场特性与触头结构参数之间的回归方程以及对纵向磁场产生显著影响的设计因素。基于上述分析,对电流峰值时纵向磁感应强度、磁场滞后时间和导体电阻进行多目标优化,当触头开距为20 mm,线圈宽度为20 mm,单匝线圈高度为15 mm,触头片槽长为30 mm时,纵向磁场特性最优。优化后,电流峰值时的纵向磁感应强度增至0.565 T,磁场滞后时间缩短为0.729 ms,导体电阻减小为19.885μΩ。     

真空开关横磁触头磁场仿真与电弧特性研究

真空开关具有开断能力大、可靠性高、体积小及对周围环境无污染等优点,已经广泛应用于中压领域,文中针对国内真空开关发展的现状和实际需求,对万字型横磁触头真空电弧在电弧跨越触头槽隙过程的特性进行仿真分析和实验研究。首先建立了万字型横磁触头的三维有限元模型,计算了触头间隙磁场的分布以及弧柱所受磁吹力情况,特别分析了越过触头槽隙的过程中磁场和磁吹力的变化规律,并计算了槽隙宽度对磁场以及磁吹力的影响;并且采用高速摄影机通过实验研究了电弧越过触头槽隙过程中电弧形态特点以及不同槽隙宽度对电弧特性的影响。仿真和实验的结果表明,弧柱在运动到触头槽隙时更倾向于沿槽隙运动而非跨槽;同时,槽隙宽度在一定范围内减小可以减小槽隙对电弧运动所带来的不利影响。     

126kV真空灭弧室3/4匝线圈型纵磁触头大电流电弧特性研究

文中针对一种126 kV真空灭弧室3/4匝线圈型纵磁触头,采用拉弧试验的方法对其在大电流下的真空电弧扩散态模式持续时间、强电弧模式持续时间以及真空电弧形态等电弧特性进行试验研究。选取3种不同线圈结构的触头进行试验,触头结构1、2、3的线圈宽度分别为12、14、16 mm。试验电流为36 kA(rms)和40 kA(rms),第1个电流半波内的燃弧时间分别为3.5、9 ms。试验结果表明,触头结构2的真空电弧扩散态模式持续时间最长,强电弧模式持续时间最短。随着电弧电流的增加,3种触头结构在电流过零前的扩散态模式持续时间随之减小。通过对2种触头结构大电流真空电弧特性进行分析比较,126 kV真空灭弧室3/4匝线圈型触头选择触头结构2,线圈宽度为14 mm。     

杯状纵磁真空灭弧室三维涡流场仿真

对杯状纵磁真空灭弧室触头建立了与实际触头结构完全一致的有限元分析模型,模型中把电弧弧柱处理成圆柱形金属导体.对模型用有限元法进行了三维涡流场仿真.仿真结果表明,考虑电弧以及杯和电弧的涡流效应后,在电流峰值时,触头片中电流密度最大值变大;触头片上槽一侧的纵向磁场比另一侧强;磁感应强度B矢量在触头表面上的分布呈"旋涡"形状,其纵向分量在触头中心较大,越靠近触头边缘越小,而横向分量则增大;电流过零时,与未考虑电弧以及杯和电弧的涡流效应时的计算结果相比,触头间隙中心平面上及触头表面上的纵向磁场分布变为"帐篷"形状,纵向磁感应强度最大值也变大.在触头开距中心处纵向磁场较强且纵向磁场滞后时间也相对较长.     

126kV真空灭弧室3/4匝纵向磁场触头磁场特性及电弧形态研究

文中针对一种126 kV真空灭弧室3/4匝线圈型纵磁触头,采用电磁仿真分析及拉弧试验方式对其磁场特性及真空电弧形态进行研究。选择3种触头片开槽位置以及3种触头电流连通位置、有无导流排结构,共8种结构进行磁场强度与分布、触头回路电阻的对比,选择当触头电流连通位置对应时,触头片开槽位置在左侧(结构2)与开槽位置在右侧(结构3)的无导流排及有导流排的两种结构进行电弧试验,试验电流为40 k A(rms),燃弧时间为9 ms。分析及试验结果表明,当开槽位置在右边,磁场强度较强且均匀,真空电弧扩散态模式持续时间较。在第2个电流半波峰值时,有导流排的结构的触头之间的电弧集聚更强烈,阳极射流开始形成至阴极区域,真空电弧处于阳极斑点模式。通过对8种触头结构进行分析比较,126 kV真空灭弧室3/4匝线圈型触头选择触头结构3,触头电流连通位置对应,开槽位置在右,无导流排。     

一种具有横纵磁场的新型真空灭弧室触头三维磁场仿真

对一种由螺旋槽横磁触头和杯状纵磁触头并联组成的新型真空灭弧室触头结构进行了磁场仿真,该触头内部的横磁触头和环形触头片材料为CuCr50,外部的纵磁触头的杯座材料为不锈钢。建立了三维触头结构模型,采用有限元分析方法对电流处于峰值时和电流过零时动、静触头表面和触头间隙中心处的静态磁场和瞬态磁场进行仿真,瞬态磁场计算过程中考虑到了涡流的影响。结果表明,该结构触头产生的纵向磁场在动、静触头表面及触头间隙中心处分布较均匀且磁通密度满足要求,有效磁通密度区域占触头表面积较大,电流过零后剩余磁场少,磁场滞后时间小,且导体电阻小。     

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。     

高压直流继电器磁吹系统的建模与设计

高压直流(HVDC)继电器触头系统结构紧凑,难以利用栅片或产气材料来提高触头的开断性能.通过磁吹系统的外加磁场能够加快电弧的运动速度,提高灭弧能力.永磁体作为磁吹系统的关键部分,其外部磁感应强度分布不均匀,且尺寸对磁场的大小和分布影响较大,这对磁吹系统的设计造成了一定的困扰.针对此问题,该文建立磁吹系统三维有限元模型,...     

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。