真空断路器复杂的机械传动
时间:2012-06-20 08:50 作者:箱变电器 点击:

            无可置疑真空断路器在本质上是典型的电气产品,但它又是通过复杂的机械传动来实现的,因而机械产品的第二特性在人们印象中更为突出。真空开关的机械特性对电气性能影响最大的是分闸运动特性,真空开关的分闸运动特性都是以“分闸速度”来表述的。我国第一代真空开关(70年代至80年代初)的分闸速度是以全程的平均速度来定义。第二代(80年代中期至今)改为前半程的平均值,即初始6mm的平均数。这一变动有其积极意义,开始有了初分速度的味道,但问题还没有完全解决。
      在研究真空开关时都或多或少受传统断路器概念的影响,尤其是电弧特性。搞清楚两者区别是相当重要的。真空电弧和大气电弧有两大差别:其一,大气电弧的介质是绝缘体,电离后才成为导体。真空开关的介质是金属蒸汽,不论它是原子状态还是离子状态,它都不是绝缘体。因此,前者开断成功依赖离子的复合;而后者只能靠金属蒸汽的扩散。此时的金属蒸汽密度分布梯度极大,在阴极斑点锥体尖端,金属蒸汽密度大的区域才有可能发生碰撞游离(阴极等离子区)。在电弧大部分区域碰撞游离基本不会发生。我们称它为“扩散型”电弧。它的各种物理属性示意图见图1。

  图1a扩散型电弧示意图
  图1b扩散型电弧金属蒸汽密度分布图。N为密度,λ为自由程,X为开距。
  图1c扩散型电弧伏-安特性
       当金属蒸汽密度在电流过零瞬间衰减到金属粒子碰撞自由行程大于灭弧开距(λ>Ti0)时,断口的绝缘强度就建立起来了。(这就是真空间隙绝缘性能的基本属性)。其二,大气电弧的介质气体分子是客观存在,微观上作无序的热运动(布朗运动),宏观上是静止的,且均匀分布。而真空电弧介质原先并不存在,它的产生是阴极斑点蒸发金属蒸汽的结果。它一旦生成,在真空状态下形成压力差,便具备了巨大势能并呈锥体形状快速扩散。
    在上世纪九十年代中期少油改真空的过程中有一现象引起人们的注意:那种模仿少油开关结构的分体式真空开关在开断试验中,失败率明显高出其它真空开关许多。分闸速度同样是初始半程1.2±0.2m/s。当时10kV的真空开关分闸速度都基本相同,但分闸弹簧力相差甚巨。ZN12为1100N,ZN65为900N,而该分体式为1800N,高出同类开关许多。这说明后者的“等效质量”(折算到动导电杆上其它可动连杆的质量)大大高出前者,尽管6mm的平均速度相等,但起步速度却很慢。这种起步速度完全不利于首开相开断的条件。因此我们认为现在的分闸速度定义不够准确,满足它并不能保证其电气性能。6mm对首开相开断太远,而对后开相开断又太近。因此有必要对真空开关分闸运动进行科学的定义,要做到这一点就有必要对真空电弧,尤其是它的动态特性有初步的了解。

相关新闻