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  • 真空斷路器直流真空滅弧室的特殊性

    需要指出的是,上述結果的研究對象多為50Hz或60Hz的交流電弧,與直流真空斷路器工況差别較大,主要體現在以下幾個方面。交流電流為标準的正弦波,不僅存在電流上升階段,更主要的是存在電流過零前由峰值緩慢下降的階段,為電弧形态向擴散型轉變及觸頭表面熱點冷卻争取了時間,且電流過零點變化率較小。


    以分斷50Hz、峰值20kA的交流電流為例,交流真空開關通常采用的是橫磁性觸頭,假設電流5kA時陽極斑點消失,電弧轉變為擴散型,則該時刻到電流零點的時間間隔達804s,為陽極斑點殘餘效應的消失赢得了時間,電流過零點電流變化率僅6.3A/s。交流電流在自然過零點分斷,燃弧時間的長短因觸頭分離時刻的随機性而變化,從近零點的短時燃弧到燃弧時間半個周期,甚至會出現第一次過零分斷失敗後經多個周期燃弧後再分斷等情況。


    直流真空斷路器需要開斷的是近似恒定的負荷電流和以極高上升率不斷攀升的短路電流,特别是電源處開關,為實現系統的選擇性保護還需耐受一定時長的大電流後再行開斷,觸頭分離前需要承受極高的熱負荷。混合型直流真空斷路器用真空滅弧室電流過零過程及其過零點di/dt主要取決于換流電路參數。


    以分斷20kA的直流電流,換流電流頻率設定為1kHz,幅值取25kA為例,滅弧室電流從5kA下降到0的時間僅為45s,電流過零di/dt達37.7A/s。一般地,為了工程的可實現和經濟性,通常将換流參數的小型化作為斷路器優化設計的目标函數,換流頻率取值越高越好。


    由此可見,留給電弧形态轉變和電極表面熱點冷卻的時間很短,直流真空斷路器分斷性能某種程度上更取決于換流前的電弧形态和電極狀态。雖然真空滅弧室具有優良的高頻電流分斷能力,但從量的觀點來看大大超出了分斷工頻電流的要求。


    另一方面,直流真空斷路器靠投入換流電路而強迫分斷,換流電流投入時刻可以進行精确控制,意味着在短路電流允許的燃弧時間内,可以進行電弧形态的選擇。因此,研究不同觸頭結構、不同的觸頭材料下的電弧形态演化過程,以及不同參數的換流條件下的真空間隙介質恢複特性是混合型直流真空斷路器研制的核心工作。