126kV真空断路器触头预击穿间隙实验及数据分析

图6-2所示为试验的电路图。通过测量额定工作电压下触头发生击穿的开距来获得预击穿开距。

图6-2 126kV真空断路器触头预击穿间隙测量电路图

实验中采用了2支126kV真空灭弧室。灭弧室的触头材料为CuCr50（Cu：50%wt，Cr：50%wt），触头结构采用的是纵向磁场设计方式，触头直径为100mm。为了保证实验数据的稳定，灭弧室均经过老炼。具体老炼程序如下：

1）电流老炼：在120A直流电流下对触头进行分闸操作，每次分闸时间为2ms。两种触头极性各进行15次分闸操作。

2）冲击电压老炼：在60mm的触头开距下对触头施加550kV冲击电压，两种触头极性分别各进行15次。

3）工频耐压老炼：分别在触头开距为5mm、10mm、15mm和60mm的情况下，在灭弧室两端施加50Hz交流电压，各种开距下电压等级见表6-1，通电时间大于等于1min。

表6-1 触头样本的老炼参数

表6-1所列为灭弧室老炼的详细参数与程序。对触头进行老炼最主要的是使触头表面光滑，清除触头表面吸附的气体，使得灭弧室击穿电压处于稳定状态。

测量触头预击穿间隙时的实验程序如下：将真空灭弧室试品垂直放置于试品台上，静端朝下固定，动端通过螺母调节灭弧室触头的开距，范围为3～15mm。首先固定一触头开距，在触头两端施加50Hz的工频电压，然后逐步增加触头间隙上的工频电压。当工频电压上升到击穿水平时，触头间发生预击穿现象，电路中流过的电流超过20A。发生击穿瞬间的电压值即为该开距下的工频击穿电压。表6-2为各个真空灭弧室在不同触头开距下的实验次数。

表6-2 不同触头开距下工频击穿试验次数

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按照上面步骤，测得不同触头开距下击穿电压，得到一系列不同触头开距下的击穿电压数据。将这些数据进行拟合，可以得到触头预击穿开距d与击穿电压U_P的函数关系：d=f（U_P）。将126kV真空断路器的正常工作时触头两端电压值代入上面的函数，即可得到126kV真空断路器合闸过程的预击穿开距。

对试验中测量的数据进行整理，可以得到如下击穿电压与触头间隙的关系图，如图6-3所示。触头间工频击穿电压U_P（有效值）随着触头开距d的增大而增大，其增大趋势符合指数函数分布。对实验数据进行拟合，触头工频击穿电压U_P与触头开距d的函数关系为

U_P=30.7d^0.623 （6-4）

图6-3 126kV真空灭弧室工频击穿电压与触头间隙的关系

考虑到126kV真空断路器用于最严酷的三相接地点接地系统，加在真空灭弧室两端的工频电压值U_P的有效值为

将U_P=72.75（kV）带入式（6-4），可以得到126kV真空断路器正常工作时发生预击穿时的触头开距为

U_P=72.75kV=30.7×d^0.623 （6-5）

解方程可得

d≈4.0mm

因此，可以认为126kV真空断路器在工作电压下合闸过程中，当触头开距达到4.0mm时会有很大的概率发生预击穿现象。