稳态电弧作用下触头烧蚀特性的试验研究

稳态电弧作用下触头烧蚀特性的研究对于探究触头性能退化及失效机理具有重要意义。针对稳态电弧作用下的触头烧蚀特性展开了试验研究。采用触头开距可调的电弧试验系统进行了不同稳态电弧电流下的烧蚀试验,得到了触头烧蚀量和表面形貌的变化。结合试验结果分析了稳态电弧大小对于触头侵蚀和材料转移的影响。     

真空灭弧室制造技术的发展

目前用于真空开关的触头材料大概有3种：半难熔金属＋良导体,如铜铬（CuCr）合金;熔融金属＋良导体,如铜钨合金;铜合金,如铜铋等。在中压真空开关中,铜铬被认为是最佳的触头材料,它结合了触头材料中最关键的电性能于一身,即优良的导电性,高的开断电流能力,良好的抗电弧熔蚀性和很好的抗表面熔焊能力以及截流值小等。     

铜钨触头材料电弧侵蚀表面形貌分析

用扫描电镜和x射线能谱仪观察了大电流电弧侵蚀后的铜钨触头表面,分析了触头的电弧侵蚀形貌特征及其形成原因。并探讨了钨粉粒度对铜钨触头电弧侵蚀的影响。     

高压开关触头的焊接

高压开关合金触头材料主要有铜～钨、银～钨、铜～石墨等,都是采用粉末冶金方法制成的,具有良好的导电性及耐电弧能力,但可焊性较差。多年来,开关行业较多的使用手工气焊方法焊接触头,效率较低,劳动条件比较差,质量也不够稳定。文化大革命的胜利,促进了生产的发展,我国高压开关生产也大幅度提高。合金触头焊接各厂一直在努力研究,都积累了很多     

电弧作用下铜钨触头材料表面特征及失效机理

1引言电触头是电器开关的接触元件,主要担负着接触、断开电路及负载电流的任务,触头和灭弧系统是开关的心脏,开关的安全性、可靠性及开断和关合特性很大程度上取决于触头材料的物理性质及其电特性。因此,它的性能直接影响着开关电器的可靠性运行。CuW系触头材料因其具有良好的耐电弧侵蚀性、抗熔焊性及高强度而得到了广泛应用,在其工作过程中,因承受着机械冲击及电弧腐蚀作用,在使用过程中触头材料常常会产生缺陷和失效。从而影响材料的机械物理性能和电性能,到至开关设备不能实现正常合分,严重时会引起开关爆炸等事故。为此有必要通过电弧侵蚀后触头表面形貌,分析触头在燃弧过程中的行为及失效原因,为以后技术人员从事有关电器产品的开发和改进触头材料的制造工艺和生产提供理论依据。2试样的制备及实验CuW70/CuCr整体触头由西安福莱电工合金有限公司提供,型式试验在西安高压电器研究所进行,触头装在SF6断路器上进行126kV型式试验。用扫描电镜观察实验后触头表面形貌。3触头表面组织特点及失效形貌附图为型式试验后铜钨触头的SEM图象,可看出触头材料的表面出现裂纹(龟裂)、铜喷溅和细孔洞等缺陷。3.1触头表面孔洞对型式试验后的铜钨触头进行观察,由附图...     

电弧作用下铜钨触头材料表面特征及失效机理

阐述了型式试验后铜钨触头材料表面特征,得出铜钨触头材料在电弧作用下产生龟裂纹、裂纹、铜液态孔的主要失效机理及原因,并提出增加触头寿命的措施。     

百千安冲击电弧作用下纳米Al_2O_3掺杂对钨铜电极耐烧蚀性能的影响

电极材料的耐烧蚀性能是影响间隙类开关性能和使用寿命的关键因素之一。为探究掺杂纳米级非金属颗粒的电极材料在强冲击电流的工程应用场合下是否拥有更强的耐烧蚀性能,搭建冲击大电流放电实验平台,选择钨铜合金和掺杂了纳米级Al_2O_3颗粒的钨铜复合材料为研究对象,在峰值电流超过100kA、峰值功率0.54GW的强冲击电流下开展电极烧蚀实验研究。通过对比烧蚀前后电极的质量变化、烧蚀点微观形貌和表面粗糙度,发现纳米级Al_2O_3的添加使得钨铜合金在强冲击放电下拥有更强的耐烧蚀性能。结合电极烧蚀机理和电弧运动规律,分析得到了钨铜复合材料的耐烧蚀性能优于钨铜合金的原因:Al_2O_3的添加减小了钨铜合金以固相和液相形式溅射的质量,并且使阴极电弧的分布更加分散,从而降低了质量损失和表面粗糙度。     

真空电弧熔炼的铜铬触头材料组织性能分析

论述了铜铬触头的金相组织与形成机理、金相组织对电气性能的影响及影响结晶组织的工艺因素,阐明了电弧熔炼法铜铬触头材料具有铬在铜基体中呈均匀细小弥散分布的铜铬组织;在开断能力、抗熔焊性、介质恢复强度等电气性能方面均明显优于传统粉末冶金法铜铬触头材料。     

铜蒸气对CO_2电弧等离子体物性参数的影响

CO_2气体因其全球变暖潜能值低和低温导热性好等优点而逐渐作为一种SF6替代气体应用于断路器中以充当灭弧介质,触头烧蚀产生的铜蒸气会改变电弧基本特性,影响断路器开断性能。为此,利用最小Gibbs自由能法和Chapman-Enskog理论计算了气压为0.5 MPa、热力学温度区间为2 000~30 000 K时的CO_2-Cu混合气体电弧等离子体的物性参数,分析了铜蒸气质量分数对电弧等离子体粒子组分、热力学参数以及输运系数的作用规律。研究结果表明:触头烧蚀引入的铜蒸气会比电弧中的其他非金属粒子更早电离,即使是少量的铜蒸气(质量分数为5%)也会使低温时电弧等离子体的电子数密度增大,进而显著提高电弧等离子体在低温区(热力学温度低于8 000 K)的电导率,最大约提升1个数量级;增大铜蒸气质量分数会在整个热力学温度区间增大电弧等离子体质量密度并减小比定压热容、黏滞系数以及热导率,但对于比焓则在低温区和高温区呈现出相反的作用规律;少量的铜蒸气(质量分数为5%)对热力学参数和除电导率之外的输运系数的改变极其微小,但是大量铜蒸气(质量分数高于25%)会明显改变各个物性参数。这些电弧等离子体物性参数的计算结果对于探究铜蒸气对电弧基本物理性质的影响具有参考价值,并可以为建立考虑触头烧蚀下的电弧磁流体(MHD)模型提供输入参数。     

考虑Ag触头蒸发烧蚀条件下的航天继电器分断电弧特性的研究

建立了考虑Ag触头材料烧蚀作用的航天继电器分断电弧的磁流体动力学模型.研究了Ag触头蒸汽和氮气均匀混合且各向同性条件下,静态电弧温度场、电弧电压等特性和Ag蒸汽比例之间的关系.分析了Ag蒸汽通过改变电弧等离子体电导率和热导率从而影响电弧特性的机理.同时,研究了Ag蒸汽在电弧中扩散作用时分断过程中动态电弧温度场、Ag浓度分布及触头烧蚀过程等,给出了分断电流的大小对Ag蒸汽质量浓度及触头单次分断烧蚀量的影响规律.最终,通过拍摄Ag原子发射光强,定性证明了电弧中Ag蒸汽浓度仿真结果的正确性.     

W-Cu触头材料的电寿命研究

研究了W-Cu系列触头材料的电弧烧损规律。触头材料的电弧烧损随开断次数的变化分为老炼、稳定和失效三个阶段，其中稳定阶段的长短是影响电寿命的决定性因素。还发现蚀头材料的电弧烧损主要是触点在断开和闭合的过程中，产生电弧或其它放电现象的热效应所造成的。材料的比热容、密度、熔点和电导率决定触头的电寿命。     

低压电器用铜基触点材料的研究进展

电触点是低压电器中的关键元件,目前主要是采用贵金属银为基体的银基触点材料,而铜基触点在燃弧过程中会因严重氧化引起接触电阻升高而导致触点失效。本文详细介绍了铜基触点在电弧烧蚀后接触电阻方面的研究进展、解决接触电阻升高的关键方法以及目前存在的主要问题,并对以后的研究方向作了展望。     

两种铜基触头材料的电弧侵蚀性能研究

电接触材料在工作过程中会受到机械磨损、环境腐蚀及电弧侵蚀,其中,电弧侵蚀对电接触材料影响最大,它是影响接触材料的电寿命和可靠性的最重要因素。笔者对采用熔渗法制备的CuCr50与电弧法制备的CuCr45电接触材料分别进行DC 50 V,20、30、40、50 A的电接触试验,并通过扫描电镜观察材料在电弧侵蚀后的形貌,对这两种材料在直流、阻性负载条件下的电弧侵蚀特征进行对比研究。结果表明,CuCr45与CurCr50在DC 50 V,20、30、40、50 A条件下,材料都由阳极向阴极转移;之后归纳出电弧侵蚀后两种材料的表面形貌特征,最后分析了两种材料的燃弧能量与熔焊力。     

纳米触头材料电性能研究进展

分析了纳米材料与常规材料在热学性能和机械性能上的差异,综述了纳米触头材料在截流水平、抗电弧侵蚀和耐压能力等电性能研究上取得的进展,并对已有研究成果进行了概括和总结。结果表明:相对于同种配比的常规触头材料,纳米CuCr和AgFe触头材料的截流水平低于常规触头材料;纳米CuCr和AgFe的直流电弧稳定性高于常规触头材料,直流电弧寿命大于常规触头材料;纳米CuCr触头材料的耐压能力高于常规触头材料;纳米AgSnO2和AgNi触头材料的抗电弧侵蚀性能优于常规触头材料。因此,在今后对纳米触头材料的研究和开发过程中,加强纳米触头材料制备工艺研究和纳米触头材料的理论研究,有利于提高纳米触头材料电性能。     

Arc erosion characteristics of Cu-W contact at load current range in SF6 gas

Development of SF₆ gas-insulated switches that have a long service life and are highly reliable at medium voltage ratings require arc erosion of contacts in SF₆ gas to be decreased. The effects of SF₆ gas pressure and magnetic field for arc blow-out on erosion were studied experimentally in detail using sintered Cu-W contacts. The test current, SF₆ pressure and magnetic field were 100 to 400 A, 0.1 to 0.6 MPa and 0 to 50 mT, respectively. The results show that the arc erosion rate increased linearly with the SF₆ pressure. The magnetic field effectively reduced anode erosion (i.e., the application of a mere 50 mT lowered the erosion rate to 1/3 to 1/4). These phenomena may be attributed, respectively, to the increase in evaporation rate according to the shrinkage of arcing spot areas caused SF₆ pressure and a decrease of the evaporation rate correlating to high-speed movement of the arcing spot on the anode by the magnetic field. However, the cathode erosion was insensitive to the magnetic field. The influence of both W grain size and composition ratio, Cu:W, on the erosion rate was also studied. The smaller W grain at Cu content of 50 to 70 wt.% was found to be best for suppression of erosion under the present conditions. Further, the increase of N₂ mixture ratio to SF₆ under constant total gas pressure greatly decreased contact erosion. © 1997 Scripta Technica, Inc. Electr Eng Jpn, 118 (1): 41–51, 1997     

开关触头电寿命预测方法分析

总结了开关电器触头电寿命的预测方法,阐述了触头工作过程中改变触头状况的各种变量(如触头表面的粗糙度,触头的有效距离,触头的电阻,喷弧的波形,耐弧性,触头的电腐蚀,电压的波动范围等)。对每种方法的原理、优缺点、正确性和预测方法的趋势进行了分析和讨论。     

分断速度对触头电弧侵蚀影响的数值分析

将电弧发展进程与触头分断过程结合起来,建立了电弧侵蚀热传播过程的数学模型。对触头分断过程中的电弧侵蚀现象进行了数值计算,分析了分断速度对输入触头能量、熔池尺寸的影响。分析表明,控制分断速度在一定范围内可有效地减小电弧对触头的侵蚀。     

新型铜基电接触材料的电接触性能研究

研究了直流阻性负载条件下新型铜基电接触材料的电弧侵蚀特性、材料转移及接触电阻。材料在电流〈14A时,由阴极向阳极转移;在电流≥14A时,由阳极向阴极转移。触点电弧侵蚀后的表面形貌产生明显的孔洞和裂纹,接触电阻随电流值和接触次数增加有小同程度的波动。结果表明,接触过程中各种因素的不对称是产生材料转移的主要原因。     

直流接触器触头电弧侵蚀特性

触头开断过程中会产生电弧,从而导致触头表面被侵蚀,影响其电接触性能。由于直流供电系统不存在自然过零点,致使直流接触器触头受电弧侵蚀影响比交流接触器更加严重。为了研究电弧对触头的侵蚀作用,基于磁流体动力学理论,考虑电弧与触头之间的能量耦合,建立电弧-触头动态耦合模型,研究了电流等级和分断速度对触头电弧侵蚀特性的影响。仿真结果表明：近阳极区电弧温度高于近阴极区电弧温度;电流等级由20 A提高到30 A时,电弧温度和燃弧时间显著提高,燃弧能量增加75.93%,使得触头侵蚀更加严重;触头分断速度由0.1 m/s增加到0.2 m/s时,电压电流的变化率提高,燃弧时间和熔池体积减小,燃弧能量减少47.83%,电弧对触头的侵蚀作用降低。实验结果与仿真相吻合,验证了仿真模型的正确性。