国外真空开关发展概况

介绍了国外真空开关技术发展概况,特别是近几年来在真空开关开断能力与电弧电压、触头结构、电弧运动和纵向磁场的关系方面的研究成果及研究方法。     

纵向磁场和外部横向磁场共同作用下真空电弧偏移与阳极偏烧现象的仿真研究

在真空开关的开断过程中,外部母线和导电杆所形成的"U"型回路会在极间电弧区域产生横向磁场(transverse magnetic field,TMF)。横向磁场的存在会影响真空开关的开断性能,通过仿真对这一影响进行了初步的探索。基于真空电弧二维磁流体动力学模型及阳极熔化凝固模型,大电流真空电弧(high current vacuum arc,HCVA)在TMF和电极系统自生纵向磁场共同作用下的电弧参数分布及阳极温度分布得到了揭示。仿真结果中,HCVA在TMF的影响下会产生明显的偏移,并且各项参数都有所变化;阳极温度分布也会产生同样的偏移,最终使得阳极熔化也发生偏移。这些变化会对真空开关的开断产生不利影响,特别是离子密度的增大使得电流过零时极间残留等离子体增多,降低开关的开断性能。     

真空开关电弧开断过程的数值仿真方法研究进展

随着真空开关的广泛应用,对真空电弧的研究愈显重要。由于真空电弧等离子体并未处于局部热力学平衡态,且磁场和触头起关键作用,真空开关开断过程的数值仿真和SF6开关相比尚不成熟,但近年来随着真空电弧理论的不断完善和计算机计算能力的大幅提升而获得了迅速发展。笔者综述了磁流体动力学(MHD)模型、粒子模拟结合蒙特卡罗碰撞(PIC-MCC)方法、混合模型、阳极热模型和解析模型在真空开关电弧开断过程不同阶段数值仿真中的应用现状,并提出了电流零区、电极材料、极间等离子体不同区域相互作用、PIC-MCC加速、高压大容量和重燃机制等6个今后有待深入研究的方向。     

真空开关漫谈

最为普通和常见的开关,是以空气作为绝缘介质,将开关触头置于空气中,在大气中拉长电弧将电流分断的结构形式;还有的是将触头浸在变压器油中以油为绝缘介质的各种油开关;以压缩空气为介质的压缩空气开关……;而近些年来又发展了真空开关,六氟化硫开关以及无电弧、无触点的半导体固体电力开关。随着电力事业的发展,对开关的开合能力、可靠性、安全性、寿命等提出了越来越高的要求。真空开关正是为了适应这些要求而发展起来的一种新型电力开关。由于它具有很多独特的优点:比如分断能力     

纵向磁场作用下触头间隙间的真空电弧形态变化的分析

正确的利用纵向磁场可大大改善真空灭弧室的分断能力，文中介绍了利用外加磁场的方式及在触头背面设置线圈产生纵向磁场的方式所做的各种真空电弧电流下的性能，分析了两种方式下的试验结果，研究了纵向磁场和真空电弧间的相互作用。     

真空开关横磁触头磁场仿真与电弧特性研究

真空开关具有开断能力大、可靠性高、体积小及对周围环境无污染等优点,已经广泛应用于中压领域,文中针对国内真空开关发展的现状和实际需求,对万字型横磁触头真空电弧在电弧跨越触头槽隙过程的特性进行仿真分析和实验研究。首先建立了万字型横磁触头的三维有限元模型,计算了触头间隙磁场的分布以及弧柱所受磁吹力情况,特别分析了越过触头槽隙的过程中磁场和磁吹力的变化规律,并计算了槽隙宽度对磁场以及磁吹力的影响;并且采用高速摄影机通过实验研究了电弧越过触头槽隙过程中电弧形态特点以及不同槽隙宽度对电弧特性的影响。仿真和实验的结果表明,弧柱在运动到触头槽隙时更倾向于沿槽隙运动而非跨槽;同时,槽隙宽度在一定范围内减小可以减小槽隙对电弧运动所带来的不利影响。     

真空开关的操作过电压及抑制措施

一、概述真空开关电器的理论研究始于本世纪20年代,直至60年代,美国、英国、日本才相继开始作为工业产品正式研制开发.一经问世,就以其安全可靠、分断能力高、电寿命长、体积小、重量轻、性能稳定、不污染环境等明显优势迅速发展,成为一种新型的开关设备,得到世界各国的普遍重视,竟相研制生产.目前,国外真空开关的额定电流已达3000A～4000A,美国、英国、日本、德国等国家3.6kV～36kV真空开关已形成完整系列.80年代末,日本真空开关的销售量,已占中压开关总销售量的60%以上.真空开关在国际上被推崇为“有触点之王”的美称.可以说,世界已进入了真空开关时代.     

电极材料和直径对真空电弧电压和阳极活动影响的实验研究

电极间的燃弧过程能够反映真空开关的开断特性及机制,采用实验手段分析和研究了不同电极直径和材料下真空电弧中的电极过程。在可拆卸真空灭弧室中,分别对直径为41、58 mm的纯铜和CuCr30的杯状纵向磁场电极进行了间距10 mm的大电流(有效值为10、12.5、15及17.5 kA)燃弧实验,用高速摄影仪拍摄电极间的电弧形态和阳极活动,并测量了电弧电压波形。以实验测量为基础,分析研究了真空电弧在不同电极直径以及铜和CuCr30材料下的电弧电压特性、阳极活动特性。实验结果表明:电极直径和材料与真空开关的开断性能有着密切的关系;随着电极间直径增大,电弧电压减小,电弧稳定、扩散态好,阳极斑点形成的电流阀值高,电极的开断能力较大。     

带有轴向磁场的真空开关触头的电弧形态

一、概述近年来,电压在40kV以下的真空断路器已占有越来越重要的地位。它的高可靠性和无需维修是得益于真空开关原理。在分断电流时,断路器的触头之间就形成电弧,这个电弧与触头材料的金属蒸气及触头几何形状有关。开关管中金属蒸气和金属蒸气等离子体迅速扩散的结果,在电流零点后触头间隙绝缘强度迅速恢复。其短路分断电流的大小不仅与触头材料有关,也与触头几何形状     

真空灭弧室中自生磁场效应和外加纵向磁场的作用

基于磁场对电流的作用力的观点，计算分析了真空电弧自生磁场的收缩效应及对分断电弧的影响：分析讨论了外加磁场中纵向磁场分量和径向磁场分量对减小自生磁场收缩效应的作用；计算比较了线圈式结构触头产生的外加磁场的纵向磁场分量和径向磁场分量在空间分布的比值，进一步探讨了纵向磁场提高真空灭弧室分断性能的机理。     

中频下正弦曲面触头真空电弧特性研究

随着多电/全电飞机技术的发展,交流中频(360～800Hz)供电体制成为航电系统的主要发展方向,对新型小体积、轻重量、大开断容量开关的需求更加迫切。真空开关凭借自身的开断原理和结构特点,具备应用于航空领域的优势。提出一种新型触头结构——正弦曲面触头真空灭弧室,研究新型触头在中频下的真空电弧特性,对比分析了同等触头直径(41mm)和材料的正弦曲面触头和平板触头在小开距下的真空电弧形态的演变过程、电弧电压特性、燃弧能量、开断性能、阳极烧蚀程度及电弧生成物凝结能力,得到燃弧能量与电流幅值和频率的关系,以及燃弧能量对开断能力的影响规律。结果表明,在开断中频真空电弧时,正弦曲面触头的燃弧能量低,电弧电压噪声小、峰值低,阳极触头表面烧蚀程度轻,开断能力和电弧生成物凝结能力更强,具有很强的应用潜力。     

真空开关机械参数对其电寿命的影响

<正> 大功率真空开关的发展至今已有30多年的历史了。近年来,人们在真空灭弧室中引入纵向磁场,使其各项性能指标有了重大的突破。纵磁场控制了电弧能量,使电弧即使在短路电流下也能保持扩散,从而大大降低了触头电侵蚀。理论分析表明:纵磁场的存在也能使关合电弧(包括预击穿和弹跳)在     

新型直流真空断路器强迫换流分断特性

基于强迫换流原理的新型混合型直流真空断路器是解决高上升率直流短路电流分断难题的有效方式。获知短燃弧、短间隙条件下真空开关大电流分断特性是快速直流真空断路器的研制基础。利用合成实验平台,研究了采用Cu Cr50平板型触头的真空开关,燃弧时间数百微秒,触头开距不足2 mm的条件下,分断20 kA左右电流的介质强度恢复特性。实验结果表明:真空开关分断电流17 kA时,以110 A/μs的速率换流过零后,经过41μs的近似零电压阶段的恢复,可以成功抗受10 kV/mm的电场应力,但延迟击穿重燃现象时有发生;分断电流21 k A时,电场应力不足5 kV/mm时,便会发生击穿重燃。通过触头结构设计,使开关分离拉燃电弧时形成双柱乃至多柱电弧成为改善真空开关分断特性的可行方法。     

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。     

基于MHD理论的旋转电弧三维动态仿真及分析

考虑到旋弧负荷开关开断电弧的过程本质上是一个三维现象,文中基于磁流体动力学(MHD)理论,通过对商业计算流体力学软件包FLUENT进行二次开发,建立三维电弧仿真模型,进行三维电弧动态仿真。仿真分析了旋弧负荷开关在燃弧阶段电弧的运动特性以及电流产生的磁场对电弧运动的影响。结果表明:电弧在磁场产生的洛伦兹力的作用下高速旋转,静止的电弧导致灭弧室开断能力低,而电弧的高速旋转则提高了灭弧室的开断能力。电弧运动的实验结果验证了电弧仿真方法的准确性。     

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.     

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。     

真空开关的过电压及其抑制

１前言众所周知，真空开关电器具有其它类型开关电器所不可比拟的优点。如：高耐压强度、高分断能力，寿命长以及结构简单、体积小、重量轻、电弧不外喷、检修周期长、维修工作量小，使用费用低和安全可靠等众多优点。所以自六十年代以来，在国内外得以迅速发展，推广和应...     

国外电弧理论研究综述

一、前言随着工业和科学技术的发展,电网容量越来越大,因而对电器分断能力的要求亦日益提高。开关、熔断器、接触器等电器设备在分断过程中均要产生电弧,而电弧的熄灭与否,将直接影响到开关电器的性能。此外,触头材料对开关电器的分断能力和电寿     

真空断路器的分断能力与触头几何形状的关系

触头系统的特性与结构对真空开关的分断能力影响甚大。除选择适宜的触头材料外,设计有利的触头形状将会影响触头的载流能力、腐蚀速度、分断能力与介质特性。本文研究内容是触头形状对真空分断能力的影响。极限分断电流是随触头外径尺寸加大而增加,分断能力受触头表面的热负荷所限制。一方面为了取得整个触头表面的最均等的利用,可促使收缩电弧运动的方式加以改善,另一方面则采用带轴向磁场的触头方案。有利的分断能力并不意味着结构的相应复杂。