双断口真空断路器的动态介质恢复协同特性

多断口真空断路器的串联断口间动态介质恢复协同作用对其弧后特性、开断能力有影响。为此搭建了双断口真空断路器试验样机,进行了合成回路试验,旨在得到双断口真空断路器的动态介质恢复协同特性。研究了不同间隙、不同触头结构、不同均压电容对动双断口真空断路器开断能力的影响,得到了不同组合方式下的开断增益特性,试验结果表明:双断口真空断路器最佳的组合方式是横纵组合方式且横磁触头在高压侧,这是由于这种组合电压分布更加均匀,由于真空间隙的变化影响电压分布特性,进而得到横纵组合方式最佳的间隙配合特性。通过试验得到了不同触头结构灭弧室的组合均压电容大小对开断能力的影响,均压电容选取在500~2 000 p F为宜,且两个纵向磁场触头结构组合在同期动作下开断能力最强。     

不同灭弧室串联的双断口真空断路器分压特性研究

文中针对不同灭弧室串联构成的双断口真空断路器电压分布特性展开研究,旨在实现双断口真空断路器的自均压和最大开断能力。基于Ansoft仿真软件,建立了不同结构的12 kV真空灭弧室串联构成的双断口真空断路器电场分析模型,分析了每种组合的电压分布情况并计算了等效电容参数,通过双断口真空断路器等值电路分析了不同灭弧室串联组合的自均压效果。然后搭建了高频分压试验平台,进行了不同灭弧室构成的双断口真空断路器分压试验试验,得到了不同组合方式下的电压分布特性。结果表明:在无均压电容的条件下,通过不同灭弧室的合理组合可改善电压分布情况,获得较好的自均压效果,以提高双断口真空断路器的开断能力。文中的研究工作为减小均压电容和提高双断口真空断路器的开断能力奠定了基础。     

双断口真空断路器开断速度对电压分布的影响

多断口真空间隙串联可以充分发挥真空短间隙绝缘恢复速度快、低碳环保等优点,但存在断口电压分布不均的问题,在断口两端并联过大的均压电容会增加弧后电流,限制双断口真空开关的开断能力。该文旨在寻找一种自均压方式,减少均压电容的使用。研究了双断口串联真空间隙两组触头在相同的真空环境下,燃弧期间开断速度对电压分布的影响机理。设计了双断口可拆式真空灭弧室,采用Maxwell电磁仿真软件,对静态情况下的电压分布进行了仿真。搭建了单腔体双断口真空断路器合成回路实验平台,对双断口相同速度和不同速度开断过程的断口电压分布进行了实验研究。实验结果表明,改变开断速度能改善高双断口真空断路器电压分布均匀性,为提高双断口真空断路器开断能力提供了借鉴。     

双断口真空断路器开断能力的探讨

论述了提高双断口真空断路器开断能力的原理 ,比较了双断口和单断口真空断路器的开断能力。实验结果表明 ,双断口真空断路器的开断能力较单断口高 2倍。讨论了均压电容对开断能力的影响 ,提出了对操动机构的要求 ,最后 ,介绍了多断口真空断路器的优点。     

模块化串联多断口真空断路器有限异步开断策略研究

多断口真空断路器的各个串联断口存在非同期现象,为此需要探明非同期的影响,进而得到在不降低其开断能力的情况下的有限异步分断方法。文中以永磁操动的模块化真空断路器为研究对象,分析了影响永磁操动精度的因素,理论分析了非同期对多断口真空断路器开断能力的影响,综合杂散电容和弧后不平衡电荷的影响,提出了三断口真空断路器的有限异步开断方法。搭建了模块化串联多断口真空断路器试验平台,试验研究了有限异步开断方法对开断成功率的影响。试验结果表明:高压侧提前动作1.7 ms,可将开断成功率提高16%,初步验证了有限异步开断的有效性,为其工程应用奠定了基础。     

串联真空灭弧室工频预击穿电流的自均压作用

为给多断口真空断路器的开发提供理论和试验依据,进行了小开距下单断口和三断口真空灭弧室的工频电压击穿试验。工频电压击穿试验结果表明,三断口真空灭弧室的各断口电压分布在总电压的上升过程中得到了一定的改善,设计了双断口真空灭弧室的工频电压分布试验验证了该结论。真空灭弧室在工频电压作用下会同时流过容性电流和预击穿电流,故引入了预击穿电流对上述试验现象进行分析,提出了串联真空灭弧室的工频预击穿电流具有自均压作用。仿真得到的场致发射电流和试验得到的预击穿电流波形基本一致,表明真空短间隙的击穿主要是由场致发射引起的。而真正决定断路器开断成败的是暂态恢复电压,指出了多断口真空断路器不能仅依靠这种自均压作用,还需配置合理的均压措施。     

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。     

双断口真空开关瞬态恢复电压分布特性的仿真与实验研究

双断口真空开关介质恢复特性及暂态过程均压关系的探明是其成功开断的理论依据。运用暂态分析软件ATP搭建双断口真空开关仿真平台,利用其暂态分析控制系统实现了暂态真空电弧模型,在真空开关两断口有、无均压电容的情况下分别进行故障电流开断的仿真实验。搭建两真空灭弧室串联的双断口真空开关实验模型进行瞬态恢复电压分布特性的实验研究。实验与仿真结果吻合,共同证明双断口真空开关分断是否成功主要取决于介质恢复过程断口间电压分布是否均匀,两断口间的分压关系在动态介质恢复过程中主要由电弧电阻决定,而动态介质恢复完成后主要由断口两端的电容决定。因此,低分散性操动机构的设计与灭弧室两端均压电容的选定是双断口及多断口真空开关成功开断的关键因素。     

双断口真空断路器开断特性的试验与仿真研究

为分析双断口真空断路器的开断特性,建立了双断口真空断路器的合成开断试验平台和基于一种改进真空电弧模型的电磁暂态仿真平台。对开断电流、电弧电压、燃弧时间和瞬态恢复电压(transient recovery voltage,TRV)分配比例等参数进行了试验测量,通过仿真诊断等离子体参数,对试验结果进行了机理分析。结果表明:过长的燃弧时间会导致过大的燃弧能量和转移电荷,可能使电弧发生集聚;高压断口的延迟分闸会造成弧后残余等离子体特性的差异,从而加剧双断口真空断路器TRV分配的不均匀性;这2种情况均不利于开断。此外,双断口真空断路器均压电容的取值除了考虑TRV均匀分布外,还应兼顾弧后阴极表面电场分布的一致性,过大的均压电容反而不利于开断。因此,燃弧时间及其同步控制和合理均压电容值的选取是双断口真空断路器成功开断的关键。     

关合电容器组高频涌流对真空灭弧室绝缘特性的影响研究

研究发现单断口或者常规串联双断口真空断路器，无法有效提高电容器组开断参数、降低重击穿概率的原因为无法避免高频涌流电弧对触头表面的烧蚀破坏，从而导致断口绝缘强度大为降低。研究获得了高频涌流电弧烧蚀对真空断口绝缘强度和串联断口分压特性的影响规律；高频涌流电弧烧蚀对单个真空灭弧室和串联双真空断口绝缘强度的影响规律及串联断口的分压规律。实验结果表明，真空灭弧室受到涌流电弧烧蚀后场致发射电流大大增加，触头表面破坏越严重场致发射电流越大。触头都受到烧蚀后的串联双断口各自分压约50%，而未受烧蚀灭弧室与受烧蚀灭弧室的串联双断口，前者分压大于70%。以上研究成果可为提高断口绝缘强度、提升断路器电容器组开断参数及降低重击穿概率提供理论参考。     

Influence of grading capacitors on the breaking capacity of twovacuum interrupters in series

Series coupling of two vacuum interrupters (VIs) is used in special applications to double the current breaking capability. Grading capacitors are usually added to guarantee essentially equal voltage distribution in each interrupter and to lower the rate of rise of the transient recovery voltage. Other solutions are designed without the use of grading capacitors due to aspects such as lack of space and the need to reduce cost. The aim of this paper is to show the influence of grading capacitors on the breaking capacity. A comparison of the performance with a nonequal voltage distribution is presented, considering the case of self grading arrangements without any additional grading means. The focus is on the transient behavior of both cases when re-ignitions occur in the vacuum interrupters     

Breakdown conditioning characteristics of long gap electrodes in a vacuum

An improvement in dielectric strength is required in vacuum circuit breakers (VCBs) intended for use in higher voltage systems. In order to develop higher voltage VCBs, it is important to improve the dielectric strength in a vacuum based on consideration of the vacuum breakdown mechanism. Particularly for gaps longer than 10 mm, little is known about the breakdown mechanisms and their quantitative analyses in a vacuum. This paper discusses the breakdown conditioning characteristics of long gap electrodes, under a non-uniform electric field in a vacuum. We treat gap lengths of up to 50 mm in this paper. The conditioning characteristics are investigated under impulse voltage applications. A negative standard lightning impulse voltage was applied to rod-plane electrodes made of Cu-Cr and SUS304 for different tip radii and gap distances until the conditioning effect was completed. We observed illumination spots on electrodes at each breakdown during the conditioning process and calculated the corresponding breakdown field strengths. Experimental results revealed that the tendency of breakdowns associated with long gaps is different from that for the short gaps. As a result, we clarified that the breakdown field strengths are nearly constant at 110-120 kV/mm at the distances longer than 10 mm, and the breakdown field strength is at its maximum when the gap distance is about 5 mm.     

Influence of grading capacitors on the breaking performance of a 24-kV vacuum breaker series design

This paper deals with the breaking capability of a series design consisting of two 24-kV vacuum circuit breakers (VCB) with grading capacitors. The investigations were done under worst-case conditions with regard to the rate of rise of the transient recovery voltage (TRV) exceeding the values given in the relevant IEC standard. In previous publications it was shown that the breaking capability of the series arrangement is higher than doubling the voltage of a single tube. In addition to these results it is shown that in some cases grading capacitors can increase the breaking capacity even more. Tests with simultaneous opening of the contacts of both tubes are presented with the application of different grading capacitors as well as the choice of different arcing times. In the case of reignition of one of the tubes the current circulating between the two tubes is shown. As a result of the tests the breaking capability of the arrangement depending on the arcing time and the value of the grading capacitors can be classified into three zones: area of reignition of the arrangement, scatter area and area of successful arc quenching.     

模块化三断口真空断路器分布电容计算和均压电容分析

为了研究三断口真空断路器的电压分布特性,建立了基于光控模块式真空断路器的三断口真空断路器三维有限元分析模型,计算得到了竖直型和U型布置方式下三断口真空断路器的分布电容参数。进行了模块化三断口真空断路器工频分压特性试验,测量了2种布置方式下的电压分布。引入电容等值模型以实现对计算结果准确性的验证。试验与计算结果对比表明,电压分布相对误差<4%,2种布置方式下,高压端断口的分压均超过60%,需配置合适的均压措施。并基于分布电容参数,分析了不同均压电容值下三断口真空断路器的静态分压特性。     

多断口真空断路器均压电容研究综述

由于杂散电容的影响,多断口真空断路器的电压分布是不均匀的,但是目前尚无针对多断口真空断路器的均压电容选择方法.笔者对多断口真空断路器均压电容的研究现状进行了综述,总结了均压电容对提高多断口真空断路器开断能力的积极作用和可能带来的负面效应,并对积极作用以及负面效应的产生机理进行了分析.指出了现有研究的局限性,并进行了初步...     

双断点塑壳断路器性能特点的实验研究

以单频振荡回路作为实验电源,以不同型号的塑壳断路器作为研究对象,通过不同条件下的开断对比实验,研究了双断点塑壳断路器的开断性能特点,提出了双断点结构在短路开断过程中更容易发生触头熔焊,以及容易出现断口问能量不平衡等特点。     

Weibull分布在真空断路器容性关合预击穿特性研究中的应用

当前选相合闸技术在断路器的容性开合工况中应用越来越广泛,而预击穿开距的分散性严重制约着选相关合策略。文中的研究目标是采用熔铸法制备灭弧室触头的40.5 kV真空断路器在容性开合运行工况下的预击穿开距分布情况。试验中采用熔铸法制备的直径为50 mm的CuCr40触头作为试品,通过L-C振荡回路产生了幅值6.48 kA、频率207 Hz的关合涌流,考虑35 kV三相不接地系统中容性系数为1.4的情况,关合过程中的外施电压设为46.3 kV。试验结果表明,预击穿开距dpre的余补累积概率满足三参数Weibull分布,并且3只灭弧室试品总是发生预击穿的预击穿开距基本相同,均为约1.6~1.9 mm,而预击穿开距的分散性则各不相同,约为3.4~6.0 mm。这意味着随着关合操作次数的增加,灭弧室的预击穿开距分布会显著变化,因而对于在真空断路器进行容性开合时考虑采用选相合闸技术而言,预击穿开距的分布是至关重要的。     

基于ANSYS的中压真空灭弧室内部磁场的仿真分析

针对某种12 kV/3150 A/40 kA真空灭弧室中电弧出现收缩现象导致触头表面局部严重烧蚀的问题,笔者应用ANSYS软件对灭弧室内部的稳态磁场和瞬态磁场进行仿真研究,阐述了灭弧室中触头的结构与形状对灭弧室内部磁场分布的影响,用电弧特性试验比较分析了不同开断电流下真空电弧的形态,验证了应用ANSYS软件对灭弧室内部磁场进行仿真研究的准确性.     

相控真空断路器的最佳燃弧区间研究

最佳燃弧区间的确定是相控真空断路器应用于短路电流开断时必须解决的问题之一。针对真空断路器弧后介质强度恢复过程的2个主要阶段:鞘层发展阶段和金属蒸气衰减阶段,分别建立了数学模型,提出了采用特征参数来表征它在2个不同阶段的开断能力。仿真分析了燃弧时间对这些特征参数即开断能力的影响,从而得到了最佳燃弧区间。通过对比10 kV和35 kV系统用真空断路器最佳燃弧区间的试验研究结果,证明了仿真分析的有效性。