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詳解真空斷路器的原理與作用是什么

發布時間:2023-05-12 14:41:28 來源:四川五高電氣有限公司

真空斷(duan)(duan)(duan)(duan)路(lu)(lu)器(qi)處于(yu)合閘位(wei)置時,其對地絕(jue)緣(yuan)(yuan)(yuan)由支持絕(jue)緣(yuan)(yuan)(yuan)子承(cheng)受(shou)(shou),一旦真空斷(duan)(duan)(duan)(duan)路(lu)(lu)器(qi)所連接(jie)(jie)的(de)線(xian)路(lu)(lu)發(fa)生(sheng)永久接(jie)(jie)地故障(zhang),斷(duan)(duan)(duan)(duan)路(lu)(lu)器(qi)動作(zuo)(zuo)跳(tiao)閘后(hou),接(jie)(jie)地故障(zhang)點又未被清除,則(ze)有電母線(xian)的(de)對地絕(jue)緣(yuan)(yuan)(yuan)亦要(yao)(yao)由該斷(duan)(duan)(duan)(duan)路(lu)(lu)器(qi)斷(duan)(duan)(duan)(duan)口(kou)的(de)真空間(jian)(jian)隙承(cheng)受(shou)(shou);各(ge)種故障(zhang)開斷(duan)(duan)(duan)(duan)時,斷(duan)(duan)(duan)(duan)口(kou)一對觸子間(jian)(jian)的(de)真空絕(jue)緣(yuan)(yuan)(yuan)間(jian)(jian)隙要(yao)(yao)耐受(shou)(shou)各(ge)種恢(hui)復電壓的(de)作(zuo)(zuo)用而不發(fa)生(sheng)擊穿。因此,真空間(jian)(jian)隙的(de)絕(jue)緣(yuan)(yuan)(yuan)特性成為(wei)提高(gao)(gao)滅弧室斷(duan)(duan)(duan)(duan)口(kou)電壓,使單(dan)斷(duan)(duan)(duan)(duan)口(kou)真空斷(duan)(duan)(duan)(duan)路(lu)(lu)器(qi)向高(gao)(gao)電壓等級發(fa)展的(de)主要(yao)(yao)研究(jiu)課題。

真空度的表示方式:

絕對壓力低于一(yi)個(ge)大氣(qi)(qi)壓的(de)(de)(de)氣(qi)(qi)體(ti)(ti)稀(xi)薄的(de)(de)(de)空(kong)(kong)間(jian),稱(cheng)為真(zhen)空(kong)(kong)空(kong)(kong)間(jian),真(zhen)空(kong)(kong)度越高(gao)即空(kong)(kong)間(jian)內氣(qi)(qi)體(ti)(ti)壓強越低。真(zhen)空(kong)(kong)度的(de)(de)(de)單位(wei)有(you)三種表示方式:托(即1個(ge)mm水(shui)銀(yin)柱高(gao)),毫(hao)巴(ba)(103bar)或帕(帕斯卡:Pa)。(1托=131。6Pa,1毫(hao)巴(ba)=100Pa)我(wo)們通常所說真(zhen)空(kong)(kong)滅(mie)弧室內部的(de)(de)(de)真(zhen)空(kong)(kong)度要達10-4托是(shi)指滅(mie)弧室內的(de)(de)(de)氣(qi)(qi)體(ti)(ti)壓強僅(jin)為"萬(wan)分之(zhi)一(yi)mm水(shui)銀(yin)柱高(gao)",亦即是(shi)1。31x10-2Pa。

"派(pai)森定理(li)(li)(li)"亦有(you)譯(yi)為(wei)"巴(ba)申定律",是指間(jian)(jian)隙(xi)電(dian)壓耐受強度(du)(du)與氣(qi)體壓力(li)之間(jian)(jian)的(de)(de)關(guan)系(xi)。圖1表(biao)示(shi)派(pai)森定理(li)(li)(li)的(de)(de)關(guan)系(xi)曲線呈"V"字形(xing),即充氣(qi)壓力(li)的(de)(de)增加或降低,都能(neng)提(ti)高間(jian)(jian)間(jian)(jian)隙(xi)絕緣強度(du)(du)。其擊(ji)穿機理(li)(li)(li)至今(jin)還不(bu)清楚,因(yin)為(wei)真(zhen)空(kong)滅(mie)弧(hu)室內(nei)部真(zhen)空(kong)度(du)(du)高于10-4托,這(zhe)樣稀薄空(kong)氣(qi)的(de)(de)空(kong)間(jian)(jian),氣(qi)體分子的(de)(de)自由行程為(wei)103mm,在真(zhen)空(kong)滅(mie)弧(hu)室這(zhe)么大小的(de)(de)容積內(nei),發(fa)生(sheng)碰撞(zhuang)的(de)(de)機率幾乎是零。因(yin)此不(bu)會發(fa)生(sheng)碰撞(zhuang)游離而(er)使真(zhen)空(kong)間(jian)(jian)隙(xi)擊(ji)穿。派(pai)森定理(li)(li)(li)的(de)(de)"V"形(xing)曲線是實驗得出的(de)(de),條件是在均勻電(dian)場的(de)(de)情況下,其間(jian)(jian)隙(xi)擊(ji)穿電(dian)壓Uj可(ke)表(biao)示(shi)為(wei):

        Uj=KLa

      L------間隙距離;

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


由派森定理的(de)"V"形關系曲線中看出,當真空度達103托時出現拐(guai)點,拐(guai)點四周曲線變得平坦,擊穿電壓幾乎無變化。

當(dang)真空度和間(jian)隙距離相(xiang)同(tong)時,其擊(ji)穿(chuan)電壓(ya)則隨觸頭電材(cai)料(liao)發生變(bian)化,電材(cai)料(liao)機械(xie)強度高,熔點高時,真空間(jian)隙的擊(ji)穿(chuan)電壓(ya)亦隨之提高。

真空絕緣的破壞機理:

前面已說過,在真空(kong)(kong)滅(mie)弧室這(zhe)樣高度真空(kong)(kong)度的(de)空(kong)(kong)間內(nei),氣(qi)體(ti)分子的(de)自(zi)由(you)行(xing)程(cheng)很大(da),不會發生(sheng)碰撞分離(li)而使(shi)真空(kong)(kong)間隙(xi)在高壓(ya)電作用下會擊(ji)穿又是客(ke)觀存(cun)在,于是就有種解釋真空(kong)(kong)絕緣會破壞(huai)的(de)機(ji)理,場致(zhi)發射引起擊(ji)穿,微塊引起擊(ji)穿和微放電導(dao)致(zhi)擊(ji)穿。

場致發(fa)射論(lun)對真空間(jian)隙(xi)所以能發(fa)生擊穿的解(jie)釋

間隙電(dian)場能量集中,在電(dian)微觀(guan)表面(mian)的部(bu)分發(fa)(fa)生電(dian)子發(fa)(fa)射或蒸發(fa)(fa)逸出,撞擊(ji)陽使局部(bu)發(fa)(fa)熱(re),繼續放出離子或蒸汽,正(zheng)離子再撞擊(ji)陰發(fa)(fa)生二次(ci)發(fa)(fa)射,相互不斷積累,后導致間隙擊(ji)穿。

聞(wen)名(ming)的FowlerandNoraheim場發(fa)射電流I表達式為:

             I=AE2e-B/E

         式中(zhong) E------電場(chang)強度;

            A------常數(shu),與發射點的(de)面積有關;

            B------常數(shu),與電(dian)表(biao)面的逸出有關。

在小的間隙(xi)(<1mm)及短脈(mo)沖(chong)電壓(ya)情況(kuang)下,可以合(he)理(li)地認(ren)為(wei)真空間隙(xi)擊(ji)穿(chuan)是由(you)場(chang)致發射引起(qi)的,但在長(chang)間隙(xi)及連續加壓(ya)與長(chang)脈(mo)沖(chong)電壓(ya)下,有的學者(zhe)認(ren)為(wei)真空的擊(ji)穿(chuan)尚存在其它機理(li):

(1)陰引(yin)起的(de)擊(ji)穿(chuan);在強電(dian)場下,由于場發射電(dian)流的(de)焦耳發熱效應,使陰表(biao)面(mian)物的(de)溫度(du)升高,當(dang)溫度(du)達到臨界點(dian)時(shi),物熔化(hua)產(chan)生蒸汽(qi)引(yin)起擊(ji)穿(chuan)。

(2)陽引起的擊(ji)(ji)(ji)穿(chuan):由于(yu)陰(yin)發射的電子(zi)束(shu),轟擊(ji)(ji)(ji)陽使某點發熱產(chan)生(sheng)熔化和(he)蒸汽而發生(sheng)間隙(xi)擊(ji)(ji)(ji)穿(chuan)。產(chan)生(sheng)陽引起擊(ji)(ji)(ji)穿(chuan)的條件與電場提高系數和(he)間隙(xi)距離有關。

微塊引起擊穿的解釋:

假設在電(dian)表面附(fu)著較輕(qing)松的(de)微塊,在電(dian)場作用(yong)下,微塊脫落而且加速(su),這(zhe)微塊撞擊對面的(de)電(dian)時,由于沖擊發(fa)熱(re)可使其本身熔化產(chan)生蒸汽,引(yin)起擊穿。

微放電導致真空間隙擊穿的解釋:

電的(de)陰表面沾(zhan)污,將發(fa)生(sheng)微(wei)放(fang)電現象。微(wei)放(fang)電是一種小(xiao)的(de)自抑制熄滅的(de)電流脈(mo)沖(chong),它(ta)的(de)總放(fang)電電荷3107C,存在(zai)時間由50ms到幾ms,放(fang)電一般發(fa)生(sheng)在(zai)大(da)于(yu)1mm的(de)間隙(xi)中(zhong)。

這些真(zhen)空(kong)間隙的(de)(de)擊穿(chuan)機理表(biao)明,真(zhen)空(kong)電(dian)的(de)(de)材(cai)料(liao)與電(dian)的(de)(de)表(biao)面狀況對(dui)真(zhen)空(kong)間隙的(de)(de)絕緣都是非常要害的(de)(de)因素(su)。

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