应用塑壳断路器弧后电流测试仪的优势与意义

电流过零后电弧是否成功熄灭取决于介质恢复和电压恢复这两个相互联系并同时进行的过程之间的竞争。电弧过零后的重燃过程有两种：介质重燃和热重燃。前者由于触头间隙处于介质状态，因而需要一定的恢复电压才能将间隙击穿，因此电弧电流过零后会有一个零休阶段；而后者则取决于弧柱区输入能量与散出能量的关系，由于电弧过零后弧柱仍具有一定电导，因而存在剩余电流。

综上可知，交流电弧过零后介质的恢复情况对电弧熄灭起关键作用，而电弧零区附近的电流特性直接反映其介质恢复情况。因此，为更好地掌握电弧重燃机理，丰富电弧等离子体理论，进而提高开关电器灭弧性能，通过实验等方法研究开关电弧电流零区特性是非常必要的。

然而，目前对电弧电流零区的实验研究主要集中在SF₆和真空断路器，而针对低压断路器电弧零区的研究则相对较少。KEMA实验室开发出了能精确测量电流零区附近电弧电压与电流特性的实验装置CZM，从而可以通过直接测量电弧零区特性来判断断路器的极限开断能力。

CZM由荷兰KEMA试验中心研制，主要用于测量弧后剩余电流，进而判断电器开断性能。该系统包括硬件和软件两部分，硬件有LDSGenesis控制塔、两台HV6600数据采集器、罗氏线圈、50Ω探头、两根连接用光纤；软件为Per-ception、czm，分别用于信号的实时测量和数据分析。系统采样频率为100MHz，准确度为6e-5，罗氏线圈的常数Mc=0.362uH，T=429ns。图7-21为CZM系统结构示意图，蓝色框内为硬件部分，红色框为软件部分。

图7-21 CZM系统结构示意图

电弧电压通过高压探头经数据采集器HV6600输送给LDSGenesis控制塔，而电流信号则利用CZM系统自带的罗氏线圈测得，并输送给控制塔，最终电压和电流信号显示在Perception中并储存。

以下分别对两台塑壳断路器在15kA预期短路电流下进行了开断实验，利用KEMA电流零区测试系统CZM精确测量了电流零区附近的电压和电流，并基于实验结果评价了断路器的开断能力。

实验在西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室高压合成回路实验室进行，利用KEMA电流零区测试系统CZM对两台断路器电弧电流零区附近的电压和电流进行精确测量，并以此为基础评价断路器的开断能力。实验用的两台塑壳断路器的区别在于：断路器A采用四路变两路的出气口结构，而断路器B为两路出气，如图7-22所示。

使用该实验回路对A、B两台断路器分别在预期短路电流15kA下进行了短路电流开断实验，并用CZM系统测量了各实验电流零区的电压和电流波形。

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图7-22 断路器A与B的出气口结构

a）断路器A的出气口结构 b）断路器B的出气口结构

图7-23和图7-24分别为断路器A和B测得的零区附近电压、电流波形。比较图7-23和图7-24可以看出，断路器A的弧后电流较大，约为1.9A，而断路器B则仅为0.6A。因此，电弧熄灭后断路器A的间隙电导较大，从而介质恢复较差。对比两台断路器结构，A的四路变两路出气结构使气流通畅性受阻，从而热气体及金属颗粒不能及时排除，影响零后介质恢复。

图7-23 断路器A在15kA预期短路电流下的零区波形

图7-24 断路器B在15kA预期短路电流下的零区波形

图7-25 不同器壁材料的谱线

a）陶瓷 b）POM c）尼龙