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。     

不同触头结构真空灭弧室分断能力的测量分析及应用前景

作者测量了不同触头结构中高压等级真空灭弧室的分断能力及弧压特性，并对各种触头的设计思想及熄弧原理进行了讨论，通过对比分析，指出将单极线圈式纵磁和多极线圈式纵磁头应用于国内中高压等级真空灭弧室的必要性。     

纵磁结构真空灭弧室的三维磁场数值分析

根据单积分法原理编制了一套三维磁场计算软件,对杯状纵磁、1/2匝线圈纵磁、四极纵磁三种结构的真空灭弧室自生纵向磁场进行了三维数值分析,给出磁场的总体分布以及几个主要参数对磁场分布的影响,并且对其中两种结构的磁场进行实际测量,验证了该软件计算的准确性.     

纵磁真空灭弧室的临界磁场

简要介绍了美国西屋公司最近研究获得的纵磁真空灭弧室交流临界纵磁经验公式,它对于设计灭弧室纵磁触头结构有重要的参考价值。     

发电机出口真空灭弧室触头磁场分布优化与试验

针对发电机出口断路器特殊的工作条件,从真空灭弧出发,选择市场上成熟的杯状和线圈式纵磁触头作为研究对象,首先分析了典型杯状和线圈触头间隙磁场分布情况,对比了2种结构磁场分布的差异。然后对2种触头的关键结构分别进行优化,利用仿真分析的方法对比了改进前后触头间隙磁场分布的改善情况。最后基于改进结构的2种纵磁触头在可拆卸真空腔体内进行不同短路电流下的燃弧试验。从试验结果看,杯状触头电弧能更好地在触头表面维持扩散态,而线圈触头存在磁场集聚,电弧"偏烧"的情况,预测在更大短路电流下杯状触头的熄弧性能和抗烧蚀能力会优于线圈触头。该文开展的触头间隙磁场和电弧试验研究为发电机出口真空灭弧室的进一步试验研究提供了重要参考依据。     

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。     

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。     

真空灭弧室零区剩磁补偿装置及效果

为研究纵磁真空灭弧室零区剩磁对电弧发展、弧后介质恢复强度的影响,建立10kV杯状纵磁触头真空灭弧室的暂态磁场模型,分析不同开距时零区剩余磁场分布和相位滞后情况,得到涡流对零区剩余磁场的影响规律。在此基础上,设计纵磁触头真空灭弧室零区剩磁补偿装置,该装置可实现脉宽0.5ms、磁场强度范围-50m T～50m T的自动补偿。搭建纵磁触头真空灭弧室零区剩磁补偿试验研究平台,通过高速CMOS相机拍摄电弧发展演变过程,采用弧后电流测量装置获得弧后特性参数,研究不同补偿磁场条件下的电弧发展过程、弧后电流和开断能力的影响规律。研究表明:电流为10kA时,杯状纵磁真空灭弧室零区剩磁为11.91～22.93mT,相位滞后为0.46～0.92ms,通过实验验证了零区剩磁补偿后开断能力提高了7.8%,所作研究为纵磁真空灭弧室触头优化和零区剩磁补偿提供了参考依据。     

10kV户外柱上断路器容量性能试验的关键点及控制措施

对带隔离开关的户外柱上断路器而言,容量性能试验要求为过程中不能发生真空灭弧室触头和隔离开关触头打火或熔焊现象。从真空灭弧室触头的选型、断路器机械特性参数的调试、隔离开关触头形式的选择、隔离开关触头压力的调校四个方面,通过多次容量性能试验的摸底测试,分别提出了真空灭弧室触头采用杯状纵磁结构触头,机械特性调试参数满足灭弧室的技术参数,隔离开关触头采用线接触形式,及隔离开关触头压力值控制在(185±25)N的技术关键点,并对真空灭弧室的生产和隔离开关触头的压力值也提出了控制措施,为柱上断路器的器件选型、关键工艺控制、质量管控等提供了参考。     

12kV真空灭弧室触头合闸冲击下疲劳寿命研究

真空灭弧室合闸过程中,触头往往会承受较大的合闸冲击,在多次合闸操作后,触头极有可能产生疲劳破坏,从而影响真空灭弧室的工作性能。该文建立VS1型真空断路器操动机构动力学仿真模型,对断路器合闸过程中动触头动态特性进行计算;并利用三维非线性显示动力学分析软件LS-DYNA对杯状纵磁触头合闸冲击碰撞过程进行模拟,得到触头结构在合闸冲击作用下各时刻的应力应变结果;在nCode软件中建立真空灭弧室触头结构疲劳寿命分析流程,对触头结构疲劳寿命危险区域进行预测,并对支撑盘结构进行优化以提高触头结构疲劳寿命。结果表明：在冲击载荷作用下,杯状纵磁触头杯指及触头片开槽处会产生应力集中现象,易发生破坏;三种支撑盘结构中,凸台型支撑盘能使触头结构应力分布更加合理,可有效提高触头疲劳寿命。     

单边纵磁结构触发真空开关的试验研究

为提高触发真空开关的峰值电流导通能力,借鉴真空灭弧室的设计经验,利用线圈型触头开发了单边纵磁结构的触发真空开关。详细介绍了开关的结构,并测量了其实际导通能力与触发性能。结果表明,这种结构的触发真空开关,最大单波导通电量可达５０Ｃ以上,导通时延在５μｓ左右。简略地讨论了磁场的作用。     

两种新型的纵磁结构真空灭弧室的研究比较

提出了两种新型的双极和四极纵向磁场的真空灭弧室电极结构 ,并对它们进行了纵向磁场的计算比较 ,结果表明双极纵磁结构较四极纵磁结构产生的纵向磁场大 ,极限开断电流也要大 ,实验结果也证明了这一点     

纵向磁场真空灭弧室结构分析

纵向磁埸真空灭弧室在结构上具有很多优点,目前世界各国都已得到广泛的应用。本文通过下列六个方面进行了分析。 (1) 纵向磁埸强度大小与电弧电压的关系。以及对分断能力、触头开距、触头直径影响的分析; (2) 涡流纵向磁埸大小和时间滞后关系的实测,减小触头表面涡流的几种措施及其效果; (3) 平面整体对接触头和镶嵌对接触头结构的分析及其发展趋势; (4) 双边线圈,单边线圈和屏蔽罩线圈三种不同结构纵向磁场分布的分析和应用范围; (5) 加强触头部分机械强度引起纵向磁场线圈电流分流的分析及计算和实测; (6) 纵向磁场触头材料的选择。 最后总结了上述的分析,并提出纵向真空灭弧室结构的合理设计的途径。     

大容量发电机断路器用真空灭弧室

随着真空开关技术的发展,采用新型纵磁均布式触头技术的真空发电机断路器成功地通过了严酷的12kV/6300A/80kA型式试验。结果表明,其真空灭弧室结构先进、性能优异、完全符合GB/T14824-93发电机断路器通用技术条件的规定。本文着重探讨满足发电机回路严酷条件下大电流真空灭弧室的核心设计和型式试验。     

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.     

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。     

大开距条件下杯状纵磁触头间隙磁场特性

“碳达峰、碳中和”目标的提出使得高压真空灭弧室的研制与发展受到广泛的关注与重视。为此,通过增大杯壁开槽旋转角的方式探究了6槽杯状纵磁触头在高压真空灭弧室中应用的可能性。研究结果表明：增大开槽旋转角是大开距下增强6槽杯状纵磁触头间隙纵向磁场的有效手段;适当地增大触头杯高和杯壁厚度不仅会使得触头电阻明显下降,也使得开槽旋转角进一步增大,从而使得纵向磁场得以继续增强;支撑件的添加可以使具有较大开槽旋转角的触头结构强度明显增加,而间隙纵向磁场的下降并不明显。论文研究结果可以为杯状纵磁触头在高压真空灭弧室中的实际应用提供借鉴与参考。     

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。     

高电压大容量真空灭弧室电弧特性的测量与研究

以线圈式纵磁结构63kV、40kA真空灭弧室为实验对象,在4种定弧隙燃弧情况下(10、20、30、40mm),测量了电流峰值时对应弧压值与电流的关系、开距对噪声分量电压的影响、弧压特性与主屏蔽罩电位特性的异同。在变弧隙燃弧情况下,测量刚分电流对电弧特性的影响。最后对实验结果进行了分析。     

35kV真空灭弧室最佳开距的研究

利用合成回路对外屏蔽罩式杯状纵磁触头结构的３５ｋＶ真空灭弧室进行了研究。不同开距下的试验结果表明,３５ｋＶ真空灭弧室存在着一个最佳的开距范围,在此范围,内,弧后重燃次数较少,且弧后耐压水平较高。