低壓斷路器開斷時常有背后擊穿現(xiàn)象發(fā)生影響開斷性能。
摘要:本文通過對背后擊穿的分析,依據(jù)熱擊穿的原理,建立了以磁流體動力學(xué)為基礎(chǔ)的電弧動態(tài)模型,對背后擊穿現(xiàn)象進(jìn)行了機(jī)理模擬研究。
關(guān)鍵詞:擊穿現(xiàn)象斷路器配電系統(tǒng)
1引言
低壓斷路器是低壓配電系統(tǒng)中應(yīng)用最為普遍的電器產(chǎn)品之一。為了獲得較高的電弧電壓,斷路器滅弧室的柵片排列緊密。這樣,電弧在進(jìn)入滅弧室時所受的阻力較大,在柵片入口處停滯的時間也較長。近年來對低壓斷路器的研究表明,電弧在柵片入口處多次出現(xiàn)在柵片內(nèi)與柵片外,導(dǎo)致電弧電壓的反復(fù)跌落,這就是背后擊穿現(xiàn)象。它降低斷路器的開斷性能,使燃弧時間增長。1988年日本名古屋大學(xué)YoshiyukiIkuma等人首次用快速攝像機(jī)觀察到這種電弧背后擊穿現(xiàn)象。他們還采用微波穿透技術(shù)發(fā)現(xiàn)在低壓斷路器開斷過程中,電弧電壓發(fā)生突降前,觸頭間隙都出現(xiàn)溫度的上升,這是由于電弧的熱氣流經(jīng)過滅弧室的后壁的反射進(jìn)入相應(yīng)區(qū)域的結(jié)果。游離氣體的進(jìn)入和溫度的上升,使相應(yīng)區(qū)域的臨界電場強(qiáng)度降低,這是造成背后擊穿的原因之一。法國的C.Fievet等人也發(fā)現(xiàn),在電弧經(jīng)過的區(qū)域溫度還較高,存在有剩余電流,會以熱擊穿的形式導(dǎo)致背后擊穿[1]。德國的ManfredLindmayer教授初步提出了一種基于熱擊穿的背后擊穿模型[2]。圖1為背后擊穿的典型波形。
通過對背后擊穿的分析,依據(jù)熱擊穿的原理,建立了以磁流體動力學(xué)為基礎(chǔ)的電弧動態(tài)模型,對背后擊穿現(xiàn)象進(jìn)行了機(jī)理模擬研究。采用先進(jìn)的高速光學(xué)測試設(shè)備及多通道示波器,對低壓斷路器模型作了大量的實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)電磁場對低壓斷路器中的背后擊穿現(xiàn)象有抑制作用。通過改變滅弧室前的跑弧區(qū)的結(jié)構(gòu),形成不同氣體流動狀況。實(shí)驗(yàn)證明,合理的氣體流動狀況有助于電弧快速進(jìn)入滅弧室,使電弧電壓迅速上升,對背后擊穿有抑制甚至消除作用,改善了限流器的開斷特性。據(jù)此提出了一種新型可消除背后擊穿現(xiàn)象的滅弧室結(jié)構(gòu)。
2背后擊穿現(xiàn)象機(jī)理的研究分析
近年來,人們通過現(xiàn)代測試技術(shù)發(fā)現(xiàn)了低壓斷路器開斷中電弧運(yùn)動的不穩(wěn)定性,在熄弧過程中電弧在滅弧室內(nèi)外多次轉(zhuǎn)移,導(dǎo)致電弧電壓跌落,即背后擊穿現(xiàn)象。重燃后的電弧多次進(jìn)入滅弧室,直到熄弧。大量實(shí)驗(yàn)都發(fā)現(xiàn)低壓斷路器開斷過程中,在背后擊穿現(xiàn)象發(fā)生前,在柵片滅弧室外都出現(xiàn)溫度的上升。這是由于電弧的熱氣流經(jīng)過滅弧室后壁的反射產(chǎn)生回流,相應(yīng)區(qū)域的電導(dǎo)增大,臨界場強(qiáng)減小,易于造成背后擊穿的發(fā)生。
法國的C.Fievet等人發(fā)現(xiàn)[1],當(dāng)電弧進(jìn)入滅弧室后,由于多個短弧的近極壓降,以及柵片外熱氣體電導(dǎo)較大,內(nèi)外電流在斷路器滅弧室內(nèi)外重新分配。通過用Rogowski線圈對電流的測量,發(fā)現(xiàn)當(dāng)電弧已經(jīng)離開起弧處幾個毫秒之后,電弧初始區(qū)域仍然有幾安培的電流。
由此,說明背后擊穿現(xiàn)象與滅弧室外氣體溫度、臨界電場強(qiáng)度及導(dǎo)電情況等有關(guān)。德國的ManfredLindmayer教授初步提出了一種基于熱擊穿的背后擊穿模型[2]?。
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