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深入探究强电弧模式(Intense Arc Mode)

时间:2023-06-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:强电弧模式也是一种大电流燃弧形态。对于一个给定的电极结构、触头材料和电流波形,存在一个阳极斑点首次出现的临界电流Ias。另一种避免阳极斑点形成的技术是在真空电弧中施加纵向磁场控制电弧,降低电弧电压,提高形成阳极斑点的临界电流。输电等级真空灭弧室开距较大,在开断过程中触头处于由小到大的运动过程。

深入探究强电弧模式(Intense Arc Mode)

电弧模式也是一种大电流燃弧形态。与阳极斑点模式相比,强电弧模式一般出现在较小的开距和较大的电流时,电弧电压和噪声虽然高于扩散态电弧,但要比阳极斑点模式的低,其最显著的特点是阳极射流可以贯穿弧隙达到阴极,阳极射流的作用使得阴极的烧蚀更加严重。因此,在强电弧模式中,只能观察到触头间非常亮的弧柱,阳极的放电模式也被弧柱的光亮所掩盖,从而强电弧模式被单独归为一种阳极放电模式。当然,这种模式不仅是阳极自身活跃,而且弧柱也不断地向阳极输入比阳极斑点模式更强的能量,更重要的是由于开距很小,导致电流过零时触头间的金属蒸气密度相当大,因此,强电弧模式对开断极为不利。

开断过程中阳极斑点模式以及强电弧模式对于真空断路器的开断非常不利,需要通过一些技术避免它们的出现或减小其影响。国内外很多学者对减小阳极热量的集中以及阳极斑点的形成做了许多工作。对于一个给定的电极结构、触头材料和电流波形,存在一个阳极斑点首次出现的临界电流Ias。这个电流取决于触头间距和电极尺寸间的关系(特别是电极直径和触头间距的比例D/g)、电极材料和电流波形等。触头间距和电极尺寸对Ias的作用主要是通过影响阳极附近的电压降和阳极平均电流密度来实现的,两个作用都会影响阳极局部的能量密度。在Rich的工作中指出,当符合以下条件时,阳极斑点出现的临界电流值会明显增大:①增大电极的截面积(例如,触头直径/触头开距≫1);②减小电极边缘对电弧的影响;③减小使电弧发生积聚的电磁力。根据这个原则,Rich设计了一种同轴折合式的触头结构,该结构在通过60Hz、72kA峰值的电流时铜触头材料没有任何熔化的现象。

另一种避免阳极斑点形成的技术是在真空电弧中施加纵向磁场控制电弧,降低电弧电压,提高形成阳极斑点的临界电流。Kaneko和Yanabu等人对具有纵向磁场下的电弧电压和阳极熔化状态之间的关系进行了研究,发现纵向磁场不仅能够抑制弧柱的收缩,使电弧在阳极表面均匀分布,降低局部区域的电流密度及表面温度,并且当磁场足够大时,电弧电压的噪声分量能够全部消失,阳极也不会出现熔化。实验表明这种技术能够有效地将真空灭弧室的开断电流提高20%~30%。(www.xing528.com)

除了抑制阳极斑点形成的办法外,还有能够避免阳极斑点在触头表面局部持续燃烧的方法。李天和采用横磁结构的电极,使得电弧在磁场力作用下快速运动,从而让阳极斑点对阳极的加热能够分散,避免局部区域过热,改善了真空开关的开断性能。

输电等级真空灭弧室开距较大,在开断过程中触头处于由小到大的运动过程。我们知道阳极燃弧模式与触头开距关系密切,在此过程中开距始终处于变化过程中,燃弧模式必然随之变化,不同的分闸速度相应的燃弧模式也必然不同,这就为研究工作提供了一种思路,即如何在分断过程中通过分闸速度来控制燃弧模式。然而,以往研究中很少涉及通过调节分闸特性来控制阳极燃弧模式的,通过调节分闸特性是一种可行的提高某一具体灭弧室开断性能的方法。本章将介绍基于阳极燃弧模式图通过调节分闸曲线避开对开断不利的阳极放电模式,提高输电等级灭弧室开断能力的方法。

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