Page 49 - 电力与能源2022年第二期
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王军龙, 等: 真空断路器灭弧能力现场检测技术 1 9
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隔离二极管连接到被测试的断路器灭弧室两端、 真空灭弧室中电弧弧柱压差很大, 质量密度差也
同时施加直流大电流与高电压, 由该电路结构可 很大, 因而弧柱的金属蒸汽( 带电质点) 将迅速向
知, 断路器触头合闸期间, 高电压全部加在限流电 触头外扩散, 加剧了去游离作用, 加上电弧弧柱被
阻 R1 两端, 由于限流电阻的存在, 两个电源均不 拉长、 拉细, 从而得到更好的冷却, 电弧迅速熄灭,
会过载损坏, 当断路器分闸后, 触头断开, 大电流 介质绝缘强度很快得到恢复, 从而阻止电弧在交
发生器产生的直流电弧作用在触头两端, 当电弧 流电流自然过零后重燃。
熄灭后, 高电压发生器的高压立即加在触头两端, 2.2 真空断路器电弧分断原理特点
这一大电流与高电压的瞬间切换, 非常符合真实 当其断开一定数值的电流时, 动静触头在分
运行工况的特点。 离的瞬间, 电流收缩到触头刚分离的一点上, 进而
如果断路器灭弧能力正常, 大电流应能立即 电极间电阻剧烈增大, 温度迅速提高, 直至发生电
开断, 如果灭弧能力不足, 则大电流断开后会被触 极金属的蒸发,同时形成极高的电场强度, 导致
头间的高电压重新击穿导通, 但由于直流电流电 极强烈的发射和间隙击穿, 产生真空电弧。当工
压均可控, 其整体能量较小, 不会损伤灭弧室, 通 频电流接近零时, 同时也是触头开距的增大,真
过低能量直流模拟故障电流, 就能非常直观地检 空电弧的等离子体很快向四周扩散, 电弧电流过
测出断路器的灭弧能力。限流电阻 R1 与 R2 兼 零后,触头间隙 的介质迅速由导电体变为绝缘
作取样电阻, 通过在电阻两端连接信号检测电路, 体, 于 是 电 流 被 分 断。 真 空 灭 弧 室 结 构 如 图 2
就能非常方便地计算断路器分闸时刻电流电压的 所示。
变化情况, 掌握电弧燃烧时间、 灭弧速度, 以及是
否存在截流或重击穿问题, 从而非常直观地检测
出断路器的灭弧能力。巧妙利用直流电流注入的
电气量的变化直接反映断路器的灭弧能力, 测试
方法简单、 原理新颖, 实用性强。
图 2 真空灭弧室结构
图 1 低能量直流模拟故障电流原理 真空断路器触头结构简单, 主触头一般为圆
柱形, 在周围设置有螺旋状灭弧花纹, 利用电流自
2 真空断路器的电弧分断特性
身的磁场与灭弧花纹拉长电弧而熄灭电弧。由于
2.1 真空中的灭弧机理 真空断路器开距很短, 动作速度快, 正常使用时灭
真空断路器是利用高真空工 作 绝 缘 灭 弧 介 弧能力非常强, 以至于常常出现电流未到过零点
质, 靠密封在真空中的一对触头来实现电力电路 电弧已经熄灭的截流问题, 但是一旦灭弧室出现
的通断功能的一种电真空器件。真空灭弧室是真 问题, 如漏真空, 则因为其开距极短、 又没有强有
空断路器的核心部分, 灭弧系统存在真空灭弧室 力的吹弧结构, 灭弧能力会急剧下降, 以至无法熄
内, 密封在真空外壳内部, 有两个电极, 一个静电 灭电弧而爆炸。
极和一个动电极, 包括屏蔽罩等部件构成。 2.3 断路器分合闸灭弧室电流电压变化曲线
当一对载流触头在真空中分离时产生电弧, 机械特性正常的断路器, 其分合闸过程中的
但由于真空中不存在气体, 电弧必须在触头材料 触头接触电阻随着主触头的接触分离, 其状态在
的金属蒸气中燃烧, 这种电弧就是金属蒸气电弧。 “ 短路—电弧导通—开路” 三个状态之间变化, 在
