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。     

杯状纵磁真空灭弧室开断能力与触头直径和触头开距的关系

研究了杯状纵磁真空灭弧室的极限电流开断能力与触头直径和触头开距间的规律,建立便于设计时应用的计算公式。从合成回路上开断能力的试验结果出发,将三维有限元法对杯状纵磁触头的纵向磁场的计算结果引入到开断能力与触头直径和触头开距的关系式中,初步得到极限电流开断能力与触头直径和触头开距的关系为I=k×D2×Bz0.4,式中k是系数。该式的物理意义是开断能力随触头直径的增加而增大,随触头开距的增加而减小。     

252 kV真空灭弧室纵磁触头磁场分析及优化

真空灭弧室的触头对真空断路器短路电流开断能力和额定电流导通能力有重要的影响。该文采用三维有限元方法对用于252 kV真空灭弧室的单匝线圈纵磁触头的磁场特性进行了单因素分析和正交回归分析,包括电流峰值时纵向磁感应强度、电流过零时纵向磁感应强度和导体电阻值,得到了磁场特性和触头设计参数之间的回归方程,并且找出了影响磁场特性的显著因素。理想的纵向磁场特性应当是电流峰值时纵向磁感应强度强,电流过零时纵向磁感应强度弱,以及导体电阻值小。将基于实验设计的优化、有限元分析和统计分析结合在一起,可以达到这种理想的纵向磁场特性。采用这种方法,得到了一种252 kV纵向磁场触头的优化设计参数。     

纵向磁场在低压真空断路器中的应用（Ⅰ）

对几种传统的真空电器触头形状作了概述;指出了为提高断路器的分断能力,采用新型的纵向磁场触头,对于纵向磁场对真空电弧形态性质的影响作了介绍;并分析了纵向磁场触头在低压真空断路器上的试验结果,提出了设计纵向磁场触头应考虑的结构问题。     

一种新型真空灭弧室的触头结构及其纵向磁场计算

介绍了一种新型真空灭弧室触头结构,并对其纵向磁场分布特性进行了计算,结果表明其纵向磁场较强且具有良好的分布特性,适用于开断大电流以及高电压等级的真空灭弧室中,并有利于断路器的小型化。     

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.     

真空灭弧室非对称两极式线圈纵磁触头结构仿真

为改善真空断路器的开断能力,文中设计一款非对称双线圈两极式纵向磁场电极的真空灭弧室触头。建立触头结构三维模型,在考虑涡流效应的影响下,采用有限元法对触头系统进行三维磁场仿真。结果表明,在电流峰值时动、静触头表面及触头间隙中心平面产生的纵向磁场强度有效面积较大且分布均匀。静触头表面最大值0.842 T,动触头表面最大值0.306 T;电流过零时刻触头间隙中心平面剩余磁场小,最大磁滞时间0.87 ms,导体回路电阻29.77μΩ。该非对称触头结构具有较大纵向磁场,电流过零时刻剩余磁场小,磁滞时间小,有利于提高断路器的分断性能。     

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。     

杯状纵磁真空灭弧室开断能力与触头直径和触头开距关系的试验比对

对杯状纵磁真空灭弧室的极限电流开断能力与触头直径和触头开距间的关系I=k×D2×Bz0.4进行了试验验证。当触头直径分别为48,58,66mm时,触头开距设定为8,11,14mm,对9只真空灭弧室试品在振荡回路上进行极限开断能力试验;用三维有限元方法对9种情况下的纵向磁场进行了计算;将计算结果带入公式与试验结果及灭弧室开断能力标定值进行比较,考虑试验的误差,认为公式有参考意义。     

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.     

铁芯式两极纵磁真空灭弧室铁芯中涡流分析

真空灭弧室在通过交变电流时会有涡流产生,涡流会降低真空灭弧室的开断能力。该文对铁芯式两极纵磁真空灭弧室中铁芯的涡流进行了数值分析。结果表明,结构参数的变化对涡流产生影响,铁磁物质的材料参数的变化也涡流产生影响。另外计算结果还表明,采用铁芯叠片的方法可有效地抑制涡流,这有利于提高该真空灭弧室的开断能力。最后还介绍了一种改进的铁芯叠片方案,数值分析表明该方案可行,采用该方案可简化生产工艺,降低成本。     

一种高开断能力两级纵向磁场电极结构的真空灭弧室

设计了一种两级纵向磁场电机结构的真空灭弧室，对其三维磁场颁地计算分析，并将这种电极结构进行了装管试验，试验表明这种电极结构在燃烧弧期间的电弧电压降低，它的开断能力与其他结构相比有大幅度提高。     

五种纵向磁场真空灭弧室触头磁场特性分析比较

用三维有限元法研究了线圈、杯状,两极和四极及双线圈五种纵磁真空灭弧室触头的纵向磁感应强度分布、触头片上涡流分布和纵向磁场滞后时间.研究表明:(1)电流峰值时纵向磁场由强到弱依次排列为:线圈式触头、两极式结构、双线圈式触头、杯状和四极式触头;(2) 电流过零时剩余磁场由弱到强依次为:四极式触头、两极式触头、杯状触头、双线圈式触头和线圈式触头; (3)纵向磁场较强处滞后时间由小到大依次为:两极式触头、四极式触头、线圈式触头、双线圈式触头和杯状纵磁触头.     

Critical Radius of Axial Magnetic-Field Contacts in Vacuum Interrupters

Vacuum circuit breakers (VCBs) are widely used to protect medium-voltage (MV) power distribution circuits. Since SF$_{6}$ gas is specified as a global warming gas, VCBs are stepping into a higher voltage sector to protect power transmission circuits. Axial magnetic field (AMF) contacts are widely used in vacuum interrupters. In this paper, we propose a concept of critical radius of AMF contacts. When coil width and coil height are fixed, the axial magnetic flux density increases first with increasing contact diameter. Then, it reaches a maximum value. Thereafter, the axial magnetic flux density decreases. The contact radius corresponding to the maximum axial magnetic flux density is critical radius. The concept of critical radius is validated by coil-type AMF contacts and slot-type AMF contacts in MV vacuum interrupters with finite-element analysis. Critical radius is only related to contact geometry parameters and the current has no influence on critical radius. Critical radius increases with increasing contact gap, coil width, coil height, and thickness of the contact plate. In high-voltage AMF vacuum interrupters, axial magnetic flux density per kiloampere increases with increasing contact diameter since the critical radius is typically high with a high contact gap and it is in the rising branch. In an MV AMF vacuum interrupter, interrupting capacity could increase with an increase of the contact diameter with a different rising rate before and after the critical radius. This is expected to be experimentally validated.      

铁芯式两极纵磁真实灭弧室的开发研究

提出了一种新型铁芯式两极纵磁真空灭弧室触头结构,其间隙能够产生较强且均匀的对称交变纵向磁场。触 和 开槽,提高了强度;整块铁芯变成,降低了涡流,缩短了纵向磁场滞后于电流的时间。通过对样吕的试验。证明该结构能降低电弧电压,提高触头的分断能力。     

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.