横向磁场下中频真空电弧形态及电弧电压特性

研究了杯状横向磁场触头中频真空电弧(400~800 Hz)的电弧形态及电压特性。实验在单频回路中进行,采用去掉屏蔽罩的杯状横向磁场真空灭弧室进行实验,触头直径为66 mm,触头开距为4 mm。实验结果表明:只有当电流升高到一定值时,电弧才有运动现象;电弧的运动特性主要受磁场的影响;电弧运动不是产生高频电弧电压噪声的原因,而当阴极斑点占据整个阴极表面时,电弧电压才产生高频噪声。最后根据实验结果得到电弧电压与电流幅值和频率的关系公式。     

为发展真空断路器的基础研究

一、磁场中的开关电弧1.横向和纵向磁场触头的电弧特性当电弧在触头间产生时,它就与磁场相互作用,不管触头的形状如何。磁场的形式和强度决定于电流流过的路径。使用每秒能拍摄2万张照片的快速摄影机,对50Hz电流在半个周波内能获得200张照片,这样就有可能对电孤运动作详细研究。在实验中使用的装置是一标准的可拆式灭弧室,灭弧室上设有观察窗口,以便从侧面观察电弧,如图1所示。横向磁场触头系统已用于西门子公司的     

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。     

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《高压断路器技术发展动态》文集通过对SF6断路器开断能力、热气流的模拟、触头材料烧蚀状况、电弧能量、模型等的分析研究，介绍了SF6断路器的最新发展动态；通过对真空灭弧室大电流开断的物理过程、纵向磁场作用下大电流真空电弧的磁场控制、绝缘恢复特性、触头材料以及真空断路器其它性能的基础研究，     

纵磁式真空断路器的十年经验

<正> 一、前言 一些研究人员曾经证实:对真空电弧外施一个纵磁场,可以增进其断流容量,并阐明了稳定电弧的最佳磁场与电弧电流和触头间隙之间的关系。 作者所进行的研究,使纵磁场触头得以实用化,并制成了装有纵磁场触头的真空断路器。十年来,我们在研制高电压和大容量真空断路器的同时,利用这种纵磁触头生产了各种额定参数的真空断路器。我们已完成了     

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.     

基于NSGA-Ⅱ和BP神经网络的杯状纵磁触头结构优化设计

在直流开断工况下,现有常用工频触头需要开断高频反向电流,但其在高频电流下的电弧调控性能还需要进一步研究。该文以工频常用杯状纵磁触头为例,首先对其在1 000Hz电流下进行磁场仿真,发现电流峰值的触头间隙中心可产生3.17mT/kA的纵向磁场,磁场分布极不均匀;然后为了提高磁场强度最大值以及分布均匀度,提出一种基于BP神经网络与遗传算法相结合的方法对触头结构进行优化设计,建立以触头开槽宽度、开槽长度、径向开槽旋转角度、触头杯斜槽高度和斜槽倾斜度为输入,触头间隙中心电流峰值磁场强度最大值和磁场分布不均匀度为输出的BP神经网络模型;最后通过NSGA-Ⅱ算法对杯状纵磁触头的结构参数进行优化。优化的结果表明：当杯状纵磁触头的参数L₁为2.9mm、L₂为18.0mm、θ₁为20.0°、H为17.5mm和θ2为26.0°时,电流峰值的触头间隙中心可产生4.34mT/kA的纵向磁场,不均匀度从6.89减小到3.39,均匀度得到了较大提升,从而可以提高纵向磁场对真空电弧的调控能力。     

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。     

铁芯式两极纵磁真空灭弧室的开发研究

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.触头片不开槽,提高了强度;整块铁芯变成叠片式,降低了涡流,缩短了纵向磁场滞后于电流的时间.通过对样品的试验,证明该结构能降低电弧电压,提高触头的分断能力.     

真空灭弧室通断额定电流时寿命的提高

本文阐述了真空灭弧室具有强纵向电流磁场的触头结构。纵向磁场单位磁感应强度达到１０ｍＴ／ｋＡ是缩短强电流电弧从集聚形态到准散射形态过渡时间的先决条件。为使电弧从集聚形态过渡到准散射形态用径向磁场分量来控制电弧在触头整个表面的移动。电弧的两个强电流形态能够降低触头分离速度，因而，在保持怕短路电流条件下能成倍地提高灭弧室的寿命。     

真空电弧截流现象的理论研究

对小电流冷阴极真空电弧的单个阴极斑点建立了以能量平衡、离子守衡为基础的数学模型,将真空电弧的电流ｉ、阴极压降ｖｃ 这些宏观参数与阴极斑点的半径ｒ、温度ｔ 及电子电流占总电流的比例ｓ,这些微观参数联系起来,并对铜和银分别研究了电弧电流对阴极斑点状态的影响,而且比较了铜和银在相同条件下阴极斑点的所有可能状态。发现对同种阴极材料电弧电流越大则阴极斑点可能的存在状态越多,在标度相同的ｒ－ ｔ 平面上存在的点越多,点堆积成的图形面积也越大。在相同的电弧电流下的不同触头材料,截流水平越低阴极斑点可能存在的状态越多,因此提出了用相同标度下ｒｔ 平面上的阴极斑点可能的存在状态面积作为衡量真空电弧相对稳定性的标准。这为比较不同触头材料截流水平相对大小提供了简便方法,有利于对低截流值触头材料的研究。     

隔离刀闸操作旁路母线的模拟计算与分析

利用 EMTP对隔离刀闸操作旁路母线过程中的触头移动、间隙击穿、电弧重燃的细节进行了模拟 ,比较了不同类型刀闸、拉合速度等对断口间恢复电压、电弧电流、电弧持续时间的影响     

真空断路器铜铬触头材料中铬含量对开断能力的影响

我们研究了铜铬触头材料中铬含量从12．5％～75％（重量比）的范围内变化对电流开断能力以及电弧形态、阳极熔化时间和电流开断后的触头侵蚀的影响。结果表明，在上述的铬含量变化范围内，铬含量越低，电流开盼能力越高。当铬含量减少后，电弧聚集时间和电流开断后的阳极熔化时间都缩短，但是铜铬触头的侵蚀量变大。根据这一结果，可以看出真空断路器中铜铬触头材料中存在一个钻的最优含量。     

低压真空断路器的大电流开断技术

低压真空断路器具有无火灾爆炸危险、良好的环境适应性,以及寿命长、维护量小等一系列优点。低压真空断路器的开断能力与触头直径之间呈线性关系,其极限开断能力取决于电流过零时的触头表面温度。当它开断大的短路电流时,一般采用与电弧轴向垂直的横向磁场真空电弧控制技术,使集聚态真空电弧在触头表面上快速旋转,减轻时局部触头区域的烧蚀。在低压真空断路器中CuCr触头材料显示出最好的性能。低压真空断路器将在煤矿、化工、冶金、纺织、采矿等时断路器有较高环境要求的领域中占有一席之地。     

平板触头小开距中频真空电弧特性研究EI北大核心CSCD

为验证小开距平板真空触头在航空变频(360~800Hz)电力系统中作为保护电器应用的可行性,该文选择触头直径为20mm、触头材料为Cu-W-WC合金的真空灭弧室,在3mm开距条件下进行电弧特性实验,并基于磁流体理论,建立中频真空电弧的多物理场耦合仿真模型。研究结果表明:平板触头内的小开距中频真空电弧,燃弧能量低、对触头表面烧蚀轻,开断失败时未形成阳极斑点;大电流模式下,电流的自身磁场可使对称的柱状电弧合并,峰值时形成扩散态中频真空电弧;在360~800Hz范围内,随电流频率增加,小开距平板触头的开断能力略有下降,开断能力大于12.4kA,满足航空变频电力系统的保护需求。     

中频条件下真空灭弧室的纵向磁场仿真（英文）

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。     

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.     

金属相气相分断电弧状态转换机理的研究

电触头是高、低压电器中的关键元件，其性能直接影响到电器运行的可靠性。研究电弧对触头的能量输入和触头的响应具有非常重要的意义。对AgSnO2和AgNi两种触头材料在不同的电压、电流等级下，进行了大量的试验，对直流分断电弧由金属相电弧向气相电弧转换的规律进行了探讨。     

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。     

应用于混合式直流断路器的电流转移方法

电流转移是混合式直流断路器能够成功开断电流的前提,针对混合式直流断路器的电流转移特性展开了研究。首先通过试验测量具有不同触头结构及触头材料的真空电弧电压。试验结果表明电流为0~1 k A时,电弧电压约16~22 V;且改变触头结构、触头材料及触头开距等无法有效提高电弧电压,所以提高真空电弧电压以驱动电流转移的方法并不可行。为此,首次提出了一种应用换流驱动电路的电流转移方法。对换流驱动电路建立了数学模型,并通过试验验证了仿真模型。最后,针对基于换流驱动电路的混合式直流断路器,设计试验回路并进行了电流转移等效模拟试验。试验结果表明:该电流转移方法能够保证混合式直流断路器中电流在200μs时间内可靠转移。该试验结果验证了基于换流驱动电路的电流转移方法应用于混合式直流断路器的有效性。