CN111999611A - 提高真空灭弧室击穿电压的试验装置及方法 - Google Patents

提高真空灭弧室击穿电压的试验装置及方法 Download PDF

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Abstract

一种提高真空灭弧室击穿电压的试验装置及方法，包括直流电源，直流电源用于给真空灭弧室提供直流电，所述的真空灭弧室外部设置纵向磁场提供装置。所述的直流电源的正极输出端设有接触器，所述的接触器用于控制直流回路的通断。本发明采用纵向磁场控制直流电弧燃弧在阳极表面形成熔化层，有助于增加真空灭弧室的击穿电压；同时控制电弧时间和纵向磁场大小，实现熔化层厚度和均匀度的控制。

Description

提高真空灭弧室击穿电压的试验装置及方法
技术领域
本发明属于真空灭弧室试验设备领域，特别涉及一种提高真空灭弧室击穿电压的试验装置及方法。
背景技术
SF6气体优异的灭弧和绝缘性能使其开关设备在72.5kV~1100kV的电压等级中被广泛应用。而SF6气体同时也是一种强温室效应气体，从全球环境保护出发，1997年在日本京都会议上提出的《京都议定书》限制了它的使用。因此，提高真空断路器耐压以实现用真空断路器替代SF6开关成为当前电力设备领域工作者们的研究热点问题。
发明内容
鉴于背景技术所存在的技术问题，本发明所提供的提高真空灭弧室击穿电压的试验装置及方法，采用纵向磁场控制直流电弧燃弧在阳极表面形成熔化层，有助于增加真空灭弧室的击穿电压；同时控制燃弧时间和纵向磁场大小，实现熔化层厚度和均匀度的控制。
为了解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案来实现：
一种提高真空灭弧室击穿电压的试验装置，包括直流电源，直流电源用于给真空灭弧室提供直流电，所述的真空灭弧室外部设置纵向磁场提供装置。
优选的方案中，所述的直流电源的正极输出端设有接触器，所述的接触器用于控制直流回路的通断。
优选的方案中，所述的纵向磁场提供装置可以为励磁装置，励磁装置包括线圈，线圈设置在真空灭弧室外部，线圈由备用直流电源供电。
优选的方案中，所述的纵向磁场提供装置可以为永磁体，永磁体设置在真空灭弧室外部。
优选的方案中，所述的真空灭弧室包括电磁操动机构，电磁操动机构用于分断真空灭弧室的两个电极。
一种提高真空灭弧室击穿电压的实验装置的操作方法，包括所述的提高真空灭弧室击穿电压的试验装置，步骤如下：
S1：试验前设备的初始状态为：接触器断开，真空灭弧室的两个电极处于闭合状态；
S2：投入纵向磁场提供装置并产生纵向磁场，
S3：在t1时刻闭合接触器；
S4：当接触器持续闭合一段时间后，在t2时刻电磁操动机构动作并带动两个电极分开；
S5：当电磁操动机构动作后，持续一段时间，接触器断开。
优选的方案中，t2大于t1；直流电源提供的电流范围为30-80kA。
本专利可达到以下有益效果：
本发明采用纵向磁场控制直流电弧燃弧在阳极表面形成熔化层，有助于增加真空灭弧室的击穿电压。本发明通过控制燃弧时间长短，可以实现控制熔化层的厚度；通过控制纵向磁场大小，实现控制熔化层的均匀度。纵向磁场对真空开断性能的重要影响主要在于纵向磁场可以使真空电弧在阳极表面的分布更加均匀，阻止电弧的集聚以及阳极斑点的形成。当真空灭弧室两个电极产生电弧时，在纵向磁场的作用下，阳极表面可以产生致密的均匀的熔化层，从提高击穿电压。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明实验装置接线图；
图2为本发明真空灭弧室位于纵向磁场下的电弧分布图;
图3为本发明时序控制图。
图中：直流电源1、真空灭弧室2、电流测量装置3、电压测量装置4、示波器5。
具体实施方式
优选的方案如图1至图3所示，一种提高真空灭弧室击穿电压的试验装置，包括直流电源，直流电源用于给真空灭弧室提供直流电。所述的真空灭弧室电极触头材料为CuCr材料。所述的真空灭弧室外部设置纵向磁场提供装置。直流电源的正极输出端设有接触器，所述的接触器用于控制直流回路的通断。纵向磁场提供装置可为励磁装置，励磁装置包括线圈，也可为永磁体，只要满足可以提供纵向磁场即可, 纵向磁场保证直流电弧为扩散弧形态。直流电源提供的直流电范围为30-80kA。本试验回路通过电流测量装置3和电压测量装置4外接示波器5，监控回路中的电流和灭弧室两端电压。
本实施例中，纵向磁场提供装置可以为励磁装置，励磁装置包括线圈，线圈设置在真空灭弧室外部，线圈由备用直流电源供电。
纵向磁场提供装置也可以为永磁体，永磁体设置在真空灭弧室外部。
纵向磁场提供装置可在电极间隙区域产生均匀40mT-120mT的纵向磁场。
进一步地，如图1所示，真空灭弧室包括电磁操动机构，电磁操动机构用于分断真空灭弧室的两个电极。
一种提高真空灭弧室击穿电压的实验装置的操作方法，步骤如下：
S1：试验前设备的初始状态为：接触器断开，真空灭弧室的两个电极处于闭合状态；
S2：投入纵向磁场提供装置并产生纵向磁场，
S3：在t1时刻闭合接触器；
S4：当接触器持续闭合一段时间后，在t2时刻电磁操动机构动作并带动两个电极分开；
S5：当电磁操动机构动作后，持续一段时间，接触器断开。
S6：再经过一段时间，电磁操动机构动作并带动两个电极闭合。
优选地，t2大于t1；直流电源提供的电流范围为30-80kA。
在上述实施例中，当真空灭弧室两个电极之间产生电弧时，在纵向磁场的作用下，阳极表面会形成熔化层。通过控制燃弧时间长短，可以实现控制熔化层的厚度；通过控制纵向磁场大小，可以实现控制熔化层的均匀度。
在上述实施例中，真空灭弧室的真空间隙耐压强度与未形成熔化层的情况相比提高了30%。
在本实施例中采用CuCr电极触头，真空灭弧室的耐压强度提升的物理原因可解释为：CuCr 电极触头击穿点发生在 Cr 微粒表面 ，Cr 颗粒精细（纳米或亚微米量级）的熔化层的形成，使 Cr 颗粒与 Cu 基体的相对接触表面增大，从而有利于 Cr 颗粒表面的热量传导散热，提高了导致真空击穿的击穿电压。
本发明中，当真空灭弧室周围存在纵向磁场时，在纵向磁场的作用下，真空灭弧室的两个电极之间电弧分布更加均匀，会在阳极表面形成均匀致密的熔化层。熔化层可以提高击穿电压的原理可以概括为：熔化层一方面可以改善电极表面的颗粒大小，使其颗粒更加的细致化，弥散化；另一方面电极表面经过高温灼烧之后再冷却，会存在一个重结晶过程，这也有利于改善电极的材料性能，从而提高击穿电压。

Claims (7)

1.一种提高真空灭弧室击穿电压的试验装置，包括直流电源，直流电源用于给真空灭弧室提供直流电，其特征在于：所述的真空灭弧室外部设置纵向磁场提供装置。
2.根据权利要求1所述的提高真空灭弧室击穿电压的试验装置，其特征在于：直流电源的正极输出端设有接触器，所述的接触器用于控制直流回路的通断。
3.根据权利要求1所述的提高真空灭弧室击穿电压的试验装置，其特征在于：纵向磁场提供装置为励磁装置，励磁装置包括线圈，线圈设置在真空灭弧室外部，线圈由备用直流电源供电。
4.根据权利要求1所述的提高真空灭弧室击穿电压的试验装置，其特征在于：纵向磁场提供装置为永磁体，永磁体设置在真空灭弧室外部。
5.根据权利要求2所述的提高真空灭弧室击穿电压的试验装置，其特征在于：真空灭弧室包括电磁操动机构，电磁操动机构用于分断真空灭弧室的两个电极。
6.一种提高真空灭弧室击穿电压的实验装置的操作方法，其特征在于：包括权利要求1-5中任意一项所述的提高真空灭弧室击穿电压的试验装置，步骤如下：
S1：试验前设备的初始状态为：接触器断开，真空灭弧室的两个电极处于闭合状态；
S2：投入纵向磁场提供装置并产生纵向磁场，
S3：在t1时刻闭合接触器；
S4：当接触器持续闭合一段时间后，在t2时刻电磁操动机构动作并带动两个电极分开；
S5：当电磁操动机构动作后，持续一段时间，接触器断开。
7.根据权利要求6所述的提高真空灭弧室击穿电压的试验装置的操作方法，其特征在于：t2大于t1；直流电源提供的电流范围为30-80kA。
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