城网建设与高压开关

触头材料是真空灭弧室技术进步的另一个方面。触头材料最初用的典型材料为铜铋(CuBi)合金。此材料开断能力差,且截流值高。据资料介绍,采用铜铋触头材料的真空断路器的截流水平一般为10～12A。现触头材料一般用铜铬(CuCr)触头材料,它不仅开断电流大,而且截流水平低,一般为3(实验室值)～5A(厂家保证值),而我国CuCr50触头的平均截流值仅2～2.5A,最大截流值3.2A。日本已研究出低过电压触头材料,可将截流值降至1/10。同时研究熄弧能力更强的触头材料如铜钽(CuTa)等。     

新型强迫换流型限流断路器真空介质强度的恢复特性

为了保证新型强迫换流型真空直流限流断路器关断短路电流的可靠性,对该型断路器分断过程的真空介质恢复特性进行研究。设计了与断路器关断过程等效的介质恢复试验方案,通过等效试验结果和理论推演公式的拟合,得到了新型强迫换流型限流断路器真空灭弧室触头打开过程的动态介质强度恢复规律。研究结果表明:减小燃弧能量、提高触头运动速度可提高真空灭弧室介质的临界击穿电压;综合考虑燃弧时间与燃弧能量及触头开距的关系,随着燃弧时间的增加,真空灭弧室临界击穿电压先减小后增大。所得介质恢复规律可以作为新型断路器优化设计的参考依据。     

真空直流开断固有介质恢复强度研究

为研究直流开断过程中触头开距、燃弧时间及电流过零时的di/dt对真空开关开断能力的影响,对真空开关分断之后的固有介质恢复强度进行了测量,即不加恢复电压下触头间隙介质的自由恢复过程。文中设计了永磁–斥力混合式快速机构,并采用转移强迫过零开断的方法,在合成回路实验系统中进行了真空小电流直流开断。搭建了用于测量弧后固有介质恢复强度的高压脉冲产生电路,在电流过零之后采用单电源高压脉冲放电法测量了不同触头开距、不同燃弧时间及不同di/dt下的触头间隙的固有介质恢复强度。研究结果表明:该文实验条件下的直流开断过程中存在一个临界开距,在此开距范围内,选择较快的分断速度和较短的燃弧时间,能够提高电流过零后电极间隙的固有介质恢复强度。同等开距同样的燃弧时间下,选择较低的反向电流过零频率能够提高电流过零后的固有介质恢复强度。     

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。     

基于PIC-MCC方法真空直流断路器弧后金属蒸气击穿过程分析

真空直流断路器弧后介质恢复过程是决定其开断是否成功的重要物理过程,因而受到研究者的广泛关注。该文的主要目标是采用粒子模拟的方法研究真空断路器弧后金属蒸气击穿阶段的发展过程及影响因素,并基于粒子云网格(Particle in Cell)和蒙特卡罗碰撞(Monte Carlo Collision)相结合的PIC-MCC方法,建立弧后金属蒸气击穿模型,对金属蒸气击穿的发展过程进行空间2维速度3维的仿真模拟,然后讨论触头表面温度、金属蒸气密度、触头开距、电压等重要因素对击穿的影响。模拟结果表明:在一定范围内,增大金属蒸气的密度,击穿发生的更迅速;触头温度越高,击穿更容易发生;暂态恢复电压峰值越高,击穿发生更快。另外,当场强不变时,对于较小开距,击穿反而不太容易发生,当开距较大时,击穿发生的时间几乎不受开距的影响。     

混合型真空限流断路器短燃弧短间隙下的介质强度恢复试验研究

介质强度恢复特性是制定新型混合型真空限流断路器分断策略和设计其换流参数的重要参考依据。该文搭建了合成试验平台,对直径45mm平板CuCr50触头的真空灭弧室在直流20kA、短燃弧、运动短间隙下的介质强度恢复特性开展了试验研究。在触头以平均速度为3m/s分离的过程中,针对不同的燃弧时间,在电流以约为220A/μs的速率下降、强迫过零后的不同时刻施加上升率约为400V/μs的测试电压,以获得对应燃弧时间的介质强度恢复特性。研究结果表明:在100μs的燃弧时间内,触头间隙的介电强度均能以很快的速度恢复到静态耐压水平;燃弧时间增大到320μs时,触头间隙的介电强度很久不能恢复;燃弧时间继续增长,触头间隙是否被击穿具有不稳定性。由此得到了断路器的设计原则:在100μs的燃弧时间内,增大燃弧时间可使触头承压时的开距增加,提高真空灭弧室电流过零后的电压耐受裕度。     

真空灭弧室开断大电流后的物理现象分析

介绍国外应用现代化的诊断技术.激光投影照像设备(Laser Sha-doe-imaging Apparatus)、激光感应荧光仪(Laser induced fluoreseence)和Mie-散射仪(Mie-scattering)等进行真空天弧室开断大电流的物理现象测试研究.通过测试研究分析了电流开断后电极间的状态,包括金属蒸汽、剩余等离子体、液滴和触头表面状况.     

铜铬触头材料再结晶过程的研究

一引言铜铬触头材料具有开断能力大，耐压高，抗电蚀和抗熔焊性好等优点，已被广泛应用于真空灭弧室中，铜铬触头作为真空灭弧室的关键部件，除了其它理化性能指标之外，还要求它具有高的电导率和适当的硬度；此外，在真空灭弧室的长期运行中，铜铬触头的显微组织结构及电导率和硬度会有一些变化，这与它在不同的温度条件下的再结晶有关。因此．有必要研究铜铬触头材料的再结晶过程，以便在生产中控制其电导率和硬度，以及更深刻地认识其在真空灭弧室里的运行机制。研究金属和合金的再结晶过程有多种方法，直接的方法有金相和电子显微术，X…     

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。     

CuCr真空触头材料电特性的改善

对深冷处理引起的铜铬真空触头材料的组织变化进行了研究。深冷处理使铜铬触头材料组织细化,尤其是合金材料中铬相细化明显,结晶的合金组织有助于改善铜铬触头材料的电性能。     

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。     

铜铬触头材料技术条件编制说明

一、前言铜铬合金是七十年代发展起来的一种新型真空开关触头材料,具有非常好的电气性能,开断能力大、截流值低、耐磨损、使用寿命长,并具有足够的抗熔焊性。联邦德国西门子公司、美国西屋公司及日本三菱等公司在真空断路器里主要采用这类触头材料。我国80     

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，电流开断能力越高。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化，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铬的最优含量。     

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。     

混合型直流真空断路器小间隙下的分断特性

混合型直流真空断路器技术是舰船电力系统短路保护的有效方式,其换流参数的优化设计取决于真空灭弧室的分断特性。利用可拆卸真空灭弧室,研究了直径为45 mm 的CuCr50平板触头在直流3~5 kA,燃弧时间约为50μs,触头开距约0.5 mm 的分断过程中,灭弧室电流下降过零变化率di/dt对电弧性能的影响。实验结果表明：di/dt>90 A/μs时,灭弧室电流过零后继续流通;di/dt<60 A/μs 时,灭弧室电流过零截止,电弧熄灭,可以为介质恢复过程创造近似零电压的恢复条件。实验条件下,经过约50μs的近似零电压恢复过程,真空间隙介电强度恢复到静态耐压水平,击穿电压幅值主要受触头表面状态的影响。实验结果可以用于指导低压混合型直流真空限流断路器的研发。     

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。     

高压跌落式熔断器过零延时灭弧结构设计

为开发能带负荷分合闸的高压熔断器,设计具有过零延时灭弧结构的10 kV高压跌落式熔断器,并对其开断过程展开研究。现有的熔断器带载分合闸时,触头间易产生电弧引起触头烧蚀,甚至发生电弧持续燃烧无法分断;串联高压硅堆后,相同条件下有载开断过程可靠性得到大幅上升,有效切断电弧能量注入,使触头间“零休”延长,错过弧后快速上升恢复电压,促进触头间隙介质绝缘恢复,对降低触头间隙击穿概率、改善弧后介质恢复特性十分有利。     

抑制操作过电压的方法

提高灭弧室技术要求：触头是真空灭弧室的关键部件，触头材料的构成成分，纯度，表面光洁度，装配工艺都直接影响真空开关的截流水平。触头材料主要用铜铬合金，铜铋合金和铜钨合金，国外有使用高纯度铜和高纯度钢材料的。     

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。     

多断口直流真空断路器介质恢复强度研究

以126 k V模块化多断口直流真空断路器为研究对象,在连续过渡模型建模中考虑金属蒸气与离子密度的影响,给出中频真空电弧介质恢复动态数学模型;通过对其开断过程的数值仿真,得到断口间鞘层动态变化与介质恢复强度变化关系曲线以及弧后电流、瞬态恢复电压与新阴极表面电场强度分布。采用对比分析方法,研究各断口间瞬态恢复电压分配规律以及弧后介质恢复强度影响因素。研究结果表明:由于线路阻抗产生的瞬态恢复电压等因素使得各断口间开断电压及电弧能量分配不均,某一断口所受电压及电弧能量高于其他断口,金属蒸气初始密度大且弧后电流下降率较大,瞬态恢复电压上升速率更快,鞘层发展速度缓慢,新阴极表面场强较高,易发生重击穿从而导致断路器开断失败。在换流回路中采用较大电容以保证TRV合理分配,进而提高多断口直流真空断路器开断性能。