真空断路器的线性的伏安特性
时间:2012-06-20 09:00 作者:箱变电器 点击:

        世上所有的断路器都是通过其机械特性来获得电气性能,真空开关自然不能例外。更由于它有别于传统断路器的一些特性:开距小,触头运动回旋余地少,绝缘强度高,对电场极为敏感,高低气压电弧的相互转变,电弧伏安特性的不确定性等,因此它的机械特性设置就更为细腻,更为重要。真空开关分闸过程每一毫米都有学问。因此必须对真空断路器在开断过程中机械运动,电弧运动,热运动之间微观世界关系有一初步认识,从而尽可能将表面上似乎对立的东西:开断大电流和小电流;开断电感电流和电容电流;高气压电弧和低气压电弧;过零开不断(失败)和没过零就开断(截流);分闸运动的快和慢;动和静等辩证的统一起来,设计出性能优异自主创新的新一代真空断路器。
        真空断路器的线性的伏安特性赋予了它可以并联存在的特性(对触头的烧损甚微),又由于它大部分空间λ>T,因此电流过零成功开断的必要条件就一定是:在电流过零前电弧一定为扩散型。满足λ>Ti0不等式。有了对真空电弧的初步了解,既然是开断三相交流电,又是过零开断。就必定会有首开相和后开相(中性点不接地系统),见图2。 
  首开相开断和后开相要求的灭弧环境是各不相同的,我们必须营造不同的环境来满足它们的各自需要。首开相开断即有有利条件也有不利条件。有利的是:电流正处于下降阶段,它开断的实际电流要远远小于额定值(见图2)。不利的是:首开相的恢复电压高(1.5倍相电压).再是此刻触头刚刚分离,窄小空间金属蒸汽必定密度大而梯度小,电弧呈高气压,如同大气电弧,对触头烧损严重,此刻任何延误都会使开断失败。要想将金属蒸汽电弧由高气压快速衰减为低气压的最有效措施就是提高初分速度(0~2mm的速度),扩大金属蒸汽存在的空间(密度与体积成反比),扩大金属蒸汽向四周扩散的通道。因此,真空断路器的设计务必减小等效质量(ZN65就将触头压簧及其相关部件从分闸运动中剥离出来),减少分闸弹簧力的传递环节,当然最理想的是学习非真空断路器做到V0>0。

  图2
  
   首开相成功开断后就轮到后开相开断了。它的有利条件是:由于中性点不接地,一相电流开断后,其他两相电流成为一个回路,一个断口电弧熄灭,另一断口电流自然也就终止。此刻每个断口的恢复电压为线电压的一半(0.866的相电压),比1.5倍相电压的首开相恢复电压低多了。而且两个真空间隙的绝缘强度远远高于二倍长度间隙的单断口。不利条件是:后开相燃弧时间要比首开相多5ms,触头烧损自然严重一些。还有一不利条件:当首开相燃弧时间为4-6ms时(发生概率很高),后开相灭弧将为9-11ms,这样一来后开相灭弧区便进入了分闸到底的机械震动区,灭弧环境极为恶劣。
        同样数量的金属蒸汽,小空间要比大空间的密度大,等效在触头材料中加了低熔点金属又不影响开断大电流的能力。其四,灭弧环境力求平静,应在匀速或近似匀速运动中来完成。至此电弧全熄灭了,但整个开断过程还没有结束,动导电杆还在运动,此刻开关设计师对机械运动特性处理不当(目前大都处理不理想),仍将留下开断失败的隐患。因此,开断的第三阶段分闸速度应更近一步降下来,达到两个目的:(1)减弱机械震动强度。(2)将机械震动区远离后开相灭弧区。这一重要指标往往被人忽视而使开断出现麻烦。
  分析了后开相开断的有利和不利条件后,真空开关的分闸运动特性第二阶段设置就有理论根据了。为了营造后开相灭弧的有利环境,在首开相开断后应将分闸速度大幅度降下来,最理想的是在中途(5-6mm)熄弧。理由有:其一,后开相比首开相多跑5ms,实无快的必要。其二,成功开断的必要条件为λ>Ti0,Ti0短一些不等式更易成立。其三,短开距灭弧在开断小感性电流时可降低截流值。试验证明后开相的截流值为首开相的4.5倍。

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