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  • 真空断路器直流真空灭弧室的特殊性

    需要指出的是,上述结果的研究对象多为50Hz或60Hz的交流电弧,与直流真空断路器工况差别较大,主要体现在以下几个方面。交流电流为标准的正弦波,不仅存在电流上升阶段,更主要的是存在电流过零前由峰值缓慢下降的阶段,为电弧形态向扩散型转变及触头表面热点冷却争取了时间,且电流过零点变化率较小。


    以分断50Hz、峰值20kA的交流电流为例,交流真空开关通常采用的是横磁性触头,假设电流5kA时阳极斑点消失,电弧转变为扩散型,则该时刻到电流零点的时间间隔达804s,为阳极斑点残余效应的消失赢得了时间,电流过零点电流变化率仅6.3A/s。交流电流在自然过零点分断,燃弧时间的长短因触头分离时刻的随机性而变化,从近零点的短时燃弧到燃弧时间半个周期,甚至会出现第一次过零分断失败后经多个周期燃弧后再分断等情况。


    直流真空断路器需要开断的是近似恒定的负荷电流和以极高上升率不断攀升的短路电流,特别是电源处开关,为实现系统的选择性保护还需耐受一定时长的大电流后再行开断,触头分离前需要承受极高的热负荷。混合型直流真空断路器用真空灭弧室电流过零过程及其过零点di/dt主要取决于换流电路参数。


    以分断20kA的直流电流,换流电流频率设定为1kHz,幅值取25kA为例,灭弧室电流从5kA下降到0的时间仅为45s,电流过零di/dt达37.7A/s。一般地,为了工程的可实现和经济性,通常将换流参数的小型化作为断路器优化设计的目标函数,换流频率取值越高越好。


    由此可见,留给电弧形态转变和电极表面热点冷却的时间很短,直流真空断路器分断性能某种程度上更取决于换流前的电弧形态和电极状态。虽然真空灭弧室具有优良的高频电流分断能力,但从量的观点来看大大超出了分断工频电流的要求。


    另一方面,直流真空断路器靠投入换流电路而强迫分断,换流电流投入时刻可以进行精确控制,意味着在短路电流允许的燃弧时间内,可以进行电弧形态的选择。因此,研究不同触头结构、不同的触头材料下的电弧形态演化过程,以及不同参数的换流条件下的真空间隙介质恢复特性是混合型直流真空断路器研制的核心工作。