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1、真空灭弧室性能参数分析2真空电器技术真空灭弧室性能参数分析王季梅（西安交通大学电气工程学院，陕西西安710049）摘要:分析了真空灭弧室的性能参数•详细分析了触头结构,真空度，真空电弧温度的影响，触头间隙的确定，屏蔽罩厚度以及真空灭弧室的并联运行.提岀真空开关在低压电器领域将有广阔的发展前景.关键词:真空灭弧室;并联运行;低压电器;真空开关;触头O引言我国在工业上使用真空开关已有30多年的历史，但对真空灭弧室的设计指导思想尚有不同看法.因此，从当前真空灭弧室结构和性能分析出发，论述如何选择触头的结构型式,真空度的要求，温度对触头的影响，触头开距的确定，屏蔽罩厚度的范围,以及扩大额定电流和分
2、断能力采用并联真空灭弧室的可行性.1触头的结构型式目前，我国生产的真空灭弧室触头结构型式有圆柱型触头和螺旋槽型触头2种.但在国际上，除小容量真空开关尚用一些圆柱型触头外,螺旋槽型触头已趋于淘汰,多数采用杯状和纵向磁场结构的触头.由于这些触头具有突出的优点，即电腐蚀率（或称磨损率）轻微，使用寿命长和分断能力大，结构简单，因此，在分断电流不很大时，用于频繁操作的场合是十分合适的;纵向磁场结构的触头能满足较人短路屯流的分断能力，并已广泛作为保护电力系统的断路器用，只要有足够的纵向磁场强度,真空电弧可始终保持为扩散形态，这对分断电流十分有利,Heberlein等人曾做了大量的试验研究工作，并在触头
3、开〜<20mm和触头直径<100mm时•，测得了一系列保持真空电弧为扩散形态而不出现阳斑点的临界纵向磁场强度数据，其结果如图1所示•它可通过一根斜线真空电器技术3把电弧形态划分为2个区域，只要纵向磁场强度大于该临界时，真空电弧将属于扩散形态区域.这根斜线(即保持扩散形态电弧所需的纵向磁场强度范围)可表示为B23.1(,—10)式屮B纵向磁场强度(mT)I——交流电弧电流峰值(kh)此外,Heberlein等人还发现2种现象.(1)各种不同I界纵向磁场强度下，当触头分开大电流电弧的瞬间仍为集聚形态的真空电弧，需经过一定时间间隔后才开始转换成为扩散形态的真空电弧.其转换时问与电流大
4、小有关(见图2)•不论对交流分断或反向脉冲直流电流的分断，真空电弧从集聚形态转换为扩散形态的时问控制对触头电腐蚀的影响十分重要.对交流分断的时间，最好控制在电流接近为峰值附近时分开触头，以便电流过零前已转换成扩散形态;对反脉冲直流大电流的分断吋问，从触头刚分到加反脉冲电流直至电流过零的总共时间应控制在大于转换所需的时间内完成.010蕊辩柏5o螺I’电藏螺缀，八蹦1阻止附敞斑点形成所需I瞒猝纵向1磁场强度与电曩I【电流豹美篆IO勰黔柏鞠麓热结瓣—t*,1A觸2纵肉磁璐大予竣再饿下，从麓头分开起转化弱扩敷戮的时髓匈艘头分开时电巍芙累(2)在没有纵向磁场作用时，电极开距与保持扩散形态真空电弧的电
5、流值有一定的影响范圉•超过该电流范圉，扩散形态将转换为集聚形态;外加纵向磁场后,电流值将随着纵向磁场强度的増加而扩大(见图3).・1・,麓瓣赡髯麓聪4真空电器技术憲fil!,椭m豳311■头歼爵i与讎叫屯流德和扩散形态电弧嚣域关系觸4嘏:状触头直径与分断屯藏鹊荚系综上分析可知，这2种触头结构都是当前较有发展前途的触头•图4所示为杯状触头直径与分断电流的关系，触头材料为50%铜~150%辂组成的合金.图5所示为H本东芝浦电气公司在纵向磁场强度为3A?,电压为12kV时试验所得触头对比的结果.对螺旋型和纵向磁场型灭弧室生产成本进行了对比分析,螺旋型成本略高于纵向磁场型，但2种型式在设计参数，实
6、验结果方面均较先进.萋誉誓求奄镰囊授，嘲m翻5缴秘磁场结构头的分断屯流与触央震径的关系掰6击穿咆瞇与真空度的荚系真空灭弧室的真空度据巴申(Paschen)的试验，认为小间隙电极，间隙的击穿强度与真空度有关(见图6)•由图7可见，当真空度达No.lmPa后，击穿电雎己趋向于稳定值湘反，对较大问隙的电极,最大可能击穿电压在lOmPa附近.这说明单纯追求提高真空度是没有必要的•再从熄灭真空电弧扩散作用的角度考虑，即熄弧间隙的剩余金属蒸汽密度控制在定范围内时，真空度只要达到EPa就足够，因此，对低压用真空接触器就没有必要强求过高的真空度.《譬一艰董1}真空电器技术511萋I器簸港冀魔，《X⑶豳7不
7、锈川愈援长蠢空阀隙下的击穿电压鼬线圈8芝警器01,456,$910■头汗矩，嘲II蔓头歼艇垮瞧孤电匸蠢闯的荚系（铜III头,,=30A）3真空电弧温度的影响真空灭弧室在正常工作吋的温度对真空度几乎没有什么影响，即使触头部分达到1350K（超过铜的熔点）时,在触头附近的真空度也只降~lJ5mPa:只有当温度上升到1650K时，真空度才显着下降，气压为lOmPa;当达到形成阳极斑点的温度2490—3040K时，气压将接近76
