杯状纵磁真空灭弧室磁场特性分析

用三维有限元法研究了7个设计参数对杯状纵磁触头的纵向磁感应强度、纵向磁场滞后时间、杯中和触头片中电流密度最大值以及导体电阻值的影响。研究表明:譹增加触头直径或开距会减弱纵向磁感应强度,增加杯指旋转角或杯指数目可使其增强,而杯指和水平面夹角、触头片上开槽数及触头材料采用CuCr50或CuCr25对其影响不大。譺设计参数在较大范围内变化时,纵向磁场滞后时间的变化很小。譻增加触头直径或触头片开槽数、减小杯指旋转角、合理选择杯指与水平面夹角和杯指数目或采用CuCr50触头材料可减少杯中或触头片中的电流集中。譼增加触头直径或杯指与水平面夹角,或减小杯指旋转角和杯指数目、减小触头片开槽数及采用CuCr25触头材料可减小导体电阻。     

杯状纵磁真空灭弧室三维纵向磁场及涡流的有限元分析

对杯状纵磁真空灭弧室的三维静磁场、三维交变磁场及触头片中的涡流分布进行了有限元计算和分析。计算结果表明，交变磁场的分布与静磁场的分布有所不同，这主要是由涡流引起的。涡流的影响在触头中心处最大，在槽口之间次之，在槽口上方影响最小。     

基于正交设计的杯状纵磁真空灭弧室磁场特性分析

采用正交设计方法对杯状纵磁触头的杯厚、杯指数等7个触头设计参数进行实验设计，用三维有限元方法对实验方案进行磁场特性分析，其中磁场特性包括纵向磁感应强度、纵向磁场滞后时间以及导体电阻值。通过对实验结果进行方差分析，得出了触头设计参数对磁场特性影响程度的定量关系，由此找出影响杯状纵磁触头磁场特性的显著因素与非显著因素。对显著因素和实验结果进行回归分析，得出杯状纵磁触头磁场特性与显著因素关系的回归方程。采用正交设计方法，大大减少计算次数，提高计算质量。得到的结果可以为真空灭弧室的研究和设计提供参考。     

铁心式杯状纵磁真空灭弧室触头磁场特性

提出一种新型带铁心结构的杯状纵磁真空灭弧室触头,在触头杯中加入三种排列方式的铁心片——放射排列、平行排列和偏心排列。采用三维瞬态有限元法研究铁心排列方式和铁心设计参数对纵向磁场和滞后时间的影响。研究的铁心片设计参数包括数量、长度、厚度、高度、间隙及内径等。结论为:①与无铁心情况相比,三种铁心布置方式都提高了电流峰值时的纵向磁感应强度,而且电流过零时的纵向磁感应强度与无铁心时相差较小;②从纵向磁场强度、分布及滞后时间来看,在所研究的参数方案中,三种排列方式中的优选方案指标相接近,而放射排列和偏心排列相对较优。分析结果可为真空灭弧室新产品设计提供参考。     

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     

铁芯式两极纵磁真空灭弧室三维静磁场有限元分析

铁芯式两极纵磁真空来弧室是我国第一个具有自主知识产权具有较高开断能力的真空灭弧室。对其纵向磁场进行数值分析可为进一步提高它的开断能力提供思路。对其三维静磁场的有限元分析结果表明,这种新型真空来弧室可产生很强的纵向磁场,纵向磁场在间隙中及触头表面上分布都较为均匀。结构参数的变化对纵向磁场的影响很大,当触头直径增大时纵向磁场强度增加较大,开距增大时则迅速减小,拐臂宽度增大时其强度呈线性减小。     

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。     

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。     

新型真空灭弧室1/3匝线圈纵磁触头三维磁场仿真

设计了一种新型真空灭弧室线圈式纵向磁场触头结构,这种不对称式结构中,静触头具有两层以串联方式相连接的线圈,而动触头侧无任何线圈,使动触头结构大为简化,机械强度得以加强,而动触头质量的减轻将有利于触头开断速度的提高。利用有限元方法建立三维结构模型并仿真,在电流分别处于峰值和电流过零时,得出静触头表面、触头间隙中心平面和动触头表面上的纵向磁场分布以及纵向磁场的滞后时间。仿真结果表明,该不对称式触头结构具有较强的纵向磁场,电流过零后的剩余磁场小、滞后时间短,且导电回路电阻较小。     

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。     

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.     

新型的126kV真空灭弧室电极结构的磁场计算及分析

本文设计了两种新型的126kV多极纵向磁场真空灭弧室电极结构,即:双极和四极纵向磁场真空灭弧室电极结构,并对其纵向磁场进行了计算分析和比较,结果表明双极纵向磁场的电极结构较四极纵向磁场的电极结构产生的纵向磁场要大,且均匀性也较好,预计可以满足开断电弧电流的要求。     

Arc behavior and interruption ability of uniform vacuum arc control technology and its application to vacuum interrupter

The vacuum arc characteristics and high current interruption ability of several different sized electrodes applied in the uniform vacuum arc control method named self arc diffusion by electrode (SADE) are presented. The arc behavior of the test electrode during the arcing period was observed by a high‐speed video camera. At extremely high interruption currents, the arc of the conventional axial magnetic field (AMF) electrode concentrates, causing local heating of the electrode. However, the arc of the SADE diffuses over the whole contact area thus avoiding local heating. The interruption ability of SADE is about twice as much as that of the conventional AMF for the same sized electrode. By applying this arc control method to vacuum circuit breaker (VCB), it can be made more compact and lighter than the conventional type. © 2011 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

杯状带铁心和不带铁心两种纵磁触头磁场特性的分析比较

用三维有限元方法研究了不同开距下杯状带铁心和不带铁心两种纵磁触头的磁场特性,包括纵向磁感应强度和纵向磁场滞后时间。对两种触头进行对比分析的结果表明:①杯状纵磁触头引入铁磁环后在铁心区域纵向磁场大大增强,在触头中心区域减弱,呈凹形分布。电流过零时,在铁心区域剩余纵向磁场明显高于不带铁心情况,而在非铁心区域非常接近。随着开距的增大,铁心区域纵向磁场下降显著,非铁心区域纵向磁场几乎不变。而不带铁心结构纵向磁场随开距的增加呈较均匀的下降。②与杯状不带铁心纵磁触头相比,带铁心结构纵向磁场滞后时间在整个区域增大。随着开距的增大,两种纵磁触头纵向磁场滞后时间都下降。③铁磁环的引入一方面使得纵向磁感应强度以及分布都发生了很大的变化,另一方面带来的涡流效应也变得更加明显了,因此在设计触头时应同时关注其正反两方面的效应。     

126kV户外真空断路器灭弧室电场仿真计算

采用有限元软件对126kV户外真空断路器的灭弧室内部电场进行了仿真计算，考虑了灭弧室内部各种屏蔽罩对电场分布的影响，得出了一些有益的结论，为户外真空断路器的设计提供了理论基础。     

Relationship between current waveform just before current zero and interruption ability of high‐speed VCB

A high‐speed vacuum circuit breaker which forces the fault current to zero was investigated. The test circuit breaker consisted of a vacuum interrupter and a high‐frequency current source. A vacuum interrupter with an axial magnetic field electrode and a disk‐shaped electrode was tested. The arcing period of the high‐speed vacuum circuit breaker is much shorter than that of a conventional circuit breaker. The arc behavior of the test electrodes immediately after the contact separation was observed by a high‐speed video recorder. The relation between the current waveform just before the current zero point and the interruption ability was investigated experimentally by varying the high‐frequency current source. The results demonstrate the interruption ability and the arc behavior of the high‐speed vacuum circuit breaker. Effective current interruption is made possible by a low current period just before the current zero point, even though the arcing time is short and the arc is concentrated. © 2010 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 172(2): 20–27, 2010; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20915