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真空电弧阳极过程探究

时间:2023-06-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:大量实验研究证明,阳极斑点的形成会导致开断失败,是限制真空断路器开断工频大电流的主要原因。图3-1 典型的阳极斑点状态阳极斑点的温度非常高,为2490~3040K,远远超过了铜的熔点,甚至超过了铜的沸点。图3-2 阳极斑点对电流过零后触头间隙的影响许多研究表明,真空电弧的阳极现象随着电流以及开距的不同,会出现不同的状态和特性。

真空电弧阳极过程探究

当通过真空电弧电流足够大时,真空灭弧室的阳极触头表面会出现一个或者多个阳极亮斑(见图3-1)。大量实验研究证明,阳极斑点的形成会导致开断失败,是限制真空断路器开断工频大电流的主要原因。这主要是阳极斑点的出现会导致触头局部严重熔化,在燃弧过程中阳极斑点会向触头间隙中释放出大量的金属蒸气,在电流过零后的一段时间内,这些触头间的金属蒸气还会持续一段时间,使得介质恢复速度大大降低,造成真空开关开断失败。

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图3-1 典型的阳极斑点状态

阳极斑点的温度非常高,为2490~3040K,远远超过了铜的熔点,甚至超过了铜的沸点。在电流过零后的一段时间内,阳极表面由于热惯性的缘故仍然保持着相当高的温度,甚至在阳极斑点形成位置存在一个液态的熔化区域,而这个液态熔化区是导致真空开关开断失败的又一个重要可能原因。一方面阳极表面的熔融金属还会在电弧熄灭后继续产生蒸气,从而降低弧隙恢复强度;另一方面,电流过零后加在触头两端的是反相的恢复电压,因此在燃弧过程中的阳极马上转变成了新的阴极,恢复电压会在触头间产生一个非常强的电场。当电场足够强时,原来液态的阳极斑点区域在电场力下形成微凸起,从而使得新阴极更加容易发射出电子、离子和金属蒸气,甚至还有金属液滴被剥离到触头间隙,如图3-2所示。这些过量的金属蒸气、电子、离子、金属液滴又会进一步破坏介质恢复强度。所以阳极斑点的出现严重影响了开关的开断性能,直接导致开关开断失败。

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图3-2 阳极斑点对电流过零后触头间隙的影响

许多研究表明,真空电弧的阳极现象随着电流以及开距的不同,会出现不同的状态和特性。Miller结合了以前的研究,根据阳极的活动状况将阳极形态总体分为四种基本的模式,即扩散弧模式、点状斑点模式、阳极斑点模式、强电弧模式。虽然各个研究对这些模式的称呼有所不同,但是这些阳极模式随着电流和开距的变化都大体遵循着如图3-3所示的分布。

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图3-3 Miller给出的触头间距和电流对阳极形态影响的模式图

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