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詳解真空斷路器的原理與作用是什么

發布時間:2021-06-12??瀏覽次數:??來源:四川鑫科電(dian)電(dian)氣有限(xian)公司

真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)斷(duan)(duan)路器(qi)處(chu)于合(he)閘位置時(shi)(shi),其對(dui)(dui)地(di)絕(jue)(jue)緣(yuan)由支持絕(jue)(jue)緣(yuan)子(zi)承受(shou)(shou),一旦真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)斷(duan)(duan)路器(qi)所連接(jie)的線路發生(sheng)永久接(jie)地(di)故(gu)障,斷(duan)(duan)路器(qi)動作(zuo)跳閘后(hou),接(jie)地(di)故(gu)障點又未被清除,則有電母線的對(dui)(dui)地(di)絕(jue)(jue)緣(yuan)亦要由該斷(duan)(duan)路器(qi)斷(duan)(duan)口(kou)的真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)間(jian)隙承受(shou)(shou);各(ge)種故(gu)障開斷(duan)(duan)時(shi)(shi),斷(duan)(duan)口(kou)一對(dui)(dui)觸(chu)子(zi)間(jian)的真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)絕(jue)(jue)緣(yuan)間(jian)隙要耐受(shou)(shou)各(ge)種恢復電壓的作(zuo)用而不發生(sheng)擊穿。因此,真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)間(jian)隙的絕(jue)(jue)緣(yuan)特性成為(wei)提高滅弧室斷(duan)(duan)口(kou)電壓,使單斷(duan)(duan)口(kou)真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)斷(duan)(duan)路器(qi)向(xiang)高電壓等級發展的主要研究課題。

真空度的表示方式:

絕(jue)對壓力低于一(yi)個大氣壓的(de)(de)氣體(ti)(ti)稀薄(bo)的(de)(de)空間(jian),稱(cheng)為真空空間(jian),真空度(du)越高(gao)即空間(jian)內(nei)氣體(ti)(ti)壓強越低。真空度(du)的(de)(de)單位有三種表示方式:托(即1個mm水(shui)銀柱高(gao)),毫巴(103bar)或帕(pa)(帕(pa)斯卡:Pa)。(1托=131。6Pa,1毫巴=100Pa)我們通(tong)常所說真空滅(mie)弧室內(nei)部的(de)(de)真空度(du)要達(da)10-4托是指滅(mie)弧室內(nei)的(de)(de)氣體(ti)(ti)壓強僅為"萬分之一(yi)mm水(shui)銀柱高(gao)",亦即是1。31x10-2Pa。

"派森定理(li)(li)"亦(yi)有譯為(wei)"巴(ba)申定律",是指間(jian)隙(xi)電壓耐受強(qiang)度與(yu)氣體壓力(li)之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)關(guan)系(xi)。圖(tu)1表示派森定理(li)(li)的(de)(de)(de)關(guan)系(xi)曲線(xian)呈"V"字形,即充氣壓力(li)的(de)(de)(de)增加或降低,都(dou)能(neng)提高極間(jian)間(jian)隙(xi)絕(jue)緣強(qiang)度。其(qi)擊(ji)穿(chuan)機理(li)(li)至今還不清楚,因為(wei)真(zhen)空(kong)滅弧(hu)(hu)室內部真(zhen)空(kong)度高于10-4托(tuo),這(zhe)(zhe)樣稀(xi)薄空(kong)氣的(de)(de)(de)空(kong)間(jian),氣體分子(zi)的(de)(de)(de)自(zi)由行程為(wei)103mm,在(zai)真(zhen)空(kong)滅弧(hu)(hu)室這(zhe)(zhe)么大小的(de)(de)(de)容(rong)積內,發生(sheng)碰(peng)撞的(de)(de)(de)機率幾乎是零。因此不會發生(sheng)碰(peng)撞游離(li)而使真(zhen)空(kong)間(jian)隙(xi)擊(ji)穿(chuan)。派森定理(li)(li)的(de)(de)(de)"V"形曲線(xian)是實驗得出的(de)(de)(de),條件是在(zai)均勻電場的(de)(de)(de)情況(kuang)下,其(qi)間(jian)隙(xi)擊(ji)穿(chuan)電壓Uj可表示為(wei):

        Uj=KLa

      L------間隙距(ju)離;

      a------間(jian)隙系(xi)數(間(jian)隙<5mm時a=1,>5mm時,a=0。5)


由(you)派森(sen)定理的"V"形關系曲線(xian)中看出,當真空度(du)達103托時(shi)出現拐點(dian),拐點(dian)四周曲線(xian)變得(de)平(ping)坦,擊(ji)穿電(dian)壓幾乎無變化。

當(dang)真空度和間(jian)(jian)隙(xi)距離相同時,其擊(ji)穿電壓則隨(sui)觸頭(tou)電極材料發生變化(hua),電極材料機械強度高(gao),熔點高(gao)時,真空間(jian)(jian)隙(xi)的擊(ji)穿電壓亦隨(sui)之提高(gao)。

真空絕緣的破壞機理:

前(qian)面已說過,在真(zhen)空(kong)滅弧室這樣高度真(zhen)空(kong)度的(de)空(kong)間(jian)內,氣體分(fen)子的(de)自由行程(cheng)很大,不會(hui)發生碰撞(zhuang)分(fen)離而使真(zhen)空(kong)間(jian)隙在高壓電(dian)作用下會(hui)擊(ji)(ji)穿又是客觀存在,于是就(jiu)有種解釋真(zhen)空(kong)絕緣會(hui)破(po)壞的(de)機理,場(chang)致發射引起擊(ji)(ji)穿,微塊(kuai)引起擊(ji)(ji)穿和微放電(dian)導致擊(ji)(ji)穿。

場致(zhi)發(fa)射論對真(zhen)空(kong)間隙所以能(neng)發(fa)生擊穿的解(jie)釋

間隙電(dian)場能量集中,在電(dian)極(ji)微觀表(biao)面的突出(chu)部(bu)分(fen)發生電(dian)子(zi)(zi)發射或蒸發逸出(chu),撞擊陽極(ji)使局部(bu)發熱,繼續放出(chu)離子(zi)(zi)或蒸汽,正離子(zi)(zi)再撞擊陰極(ji)發生二次發射,相(xiang)互不斷積累,最(zui)后導致間隙擊穿。

聞名的FowlerandNoraheim場發射電流I表達式為(wei):

             I=AE2e-B/E

         式中(zhong) E------電場強度;

            A------常數,與發(fa)射點(dian)的面積有關;

            B------常(chang)數,與(yu)電極表面的逸出(chu)有(you)關(guan)。

在小的間(jian)(jian)隙(xi)(xi)(<1mm)及短脈(mo)沖(chong)電壓情況下,可以合理(li)地認為真(zhen)空(kong)間(jian)(jian)隙(xi)(xi)擊(ji)(ji)穿是(shi)由場致發射引起的,但在長間(jian)(jian)隙(xi)(xi)及連(lian)續加壓與長脈(mo)沖(chong)電壓下,有的學者認為真(zhen)空(kong)的擊(ji)(ji)穿尚存(cun)在其它機(ji)理(li):

(1)陰(yin)(yin)極引起(qi)的擊(ji)穿;在強電場下,由于場發射電流的焦(jiao)耳發熱(re)效應(ying),使陰(yin)(yin)極表(biao)面突(tu)出物(wu)(wu)的溫度升高,當溫度達到臨界點時,突(tu)出物(wu)(wu)熔化產生蒸汽引起(qi)擊(ji)穿。

(2)陽(yang)極引起的擊(ji)(ji)(ji)穿:由于(yu)陰極發(fa)射(she)的電子束,轟擊(ji)(ji)(ji)陽(yang)極使某點發(fa)熱產(chan)生熔化和(he)蒸汽而(er)發(fa)生間(jian)隙擊(ji)(ji)(ji)穿。產(chan)生陽(yang)極引起擊(ji)(ji)(ji)穿的條件與電場(chang)提(ti)高系(xi)數和(he)間(jian)隙距離有關。

微塊引起擊穿的解釋:

假設在電極(ji)(ji)表面附(fu)著較輕(qing)松的微(wei)塊,在電場作用下,微(wei)塊脫落而且加速(su),這微(wei)塊撞擊對(dui)面的電極(ji)(ji)時,由于沖擊發(fa)熱可使其(qi)本身熔化產(chan)生(sheng)蒸(zheng)汽(qi),引起擊穿(chuan)。

微放電導致真空間隙擊穿的解釋:

電極(ji)的(de)(de)陰(yin)極(ji)表面沾污,將發生(sheng)微放電現象(xiang)。微放電是一(yi)種小的(de)(de)自(zi)抑(yi)制熄滅的(de)(de)電流(liu)脈沖,它(ta)的(de)(de)總放電電荷3107C,存(cun)在(zai)時間由50ms到幾(ji)ms,放電一(yi)般(ban)發生(sheng)在(zai)大(da)于(yu)1mm的(de)(de)間隙中。

這些真(zhen)空(kong)間隙的擊穿機理表(biao)明,真(zhen)空(kong)電(dian)極(ji)的材料與(yu)電(dian)極(ji)的表(biao)面狀(zhuang)況對真(zhen)空(kong)間隙的絕緣都是(shi)非常要害的因素。

真空間隙的絕緣耐受能力與在先的分合閘操作工況有關:

真空斷路器接觸間隙的擊穿電壓,因耐壓實驗前不同工況的分合閘操作有相應的不同結果,意大利哥倫布(Colombo)工程師在設備討論會上有文論述過這方面的問題:試驗對象是24KV斷路器,銅鉻觸頭,額定開斷電流16KA,額定電流630A,觸頭開距15。8mm,觸頭分閘速度1。1m