真空断路器灭弧室寿命特征参数分析.pdf

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1、《电气开关》(2013．No．5)文章编号：1004—289X(2013)05—0001—05真空断路器灭弧室寿命特征参数分析张毅(中国南车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东青岛266111)摘要：把真空灭弧室寿命特征参数分成触头材料、电弧能量以及真空度三个部分进行详细分析，指出了各参数的意义及其对灭弧室寿命产生影响的原因，分析各影响因素的特点和相关性。为研究人员有效预测真空断路器寿命，建立更为准确的寿命评估模型提供基础。关键词：真空灭弧室；寿命；特征参数中图分类号：TM56文献标识码：BAnalysisofLifeSpanParametersoft

2、heVacuumCircuitBreakerzHANGYi(TechnicalCenter，CSRSifangLocomotive&RollingStockCo．，Ltd．，Qingdao266111，China)Abstract：Thelifeparametersofthevacuuminterrupterweredividedintothreepans，includingcontactmaterial，arcenergyandvacuumleve1．Thethreepanswereanalyzedindetail，andthecharacteri

3、sticsandrelationshipofeachp~ame·terwerepointedout．Basedontheseanalysis，researcherscanestablishlifeassessmentmodelforvacuuminterrupterinordertoachieveeffectivepredictorsofthelifespan．Keywords：vacuumarcextinguishchamber；lifeperiod；parameter模型所选择的特征参数并不完全一致，所赋予的权重1引言也不尽相同。如文献[1]中基

4、于可拓理论的评估方真空断路器以其触头开距小、燃弧时间短、灭弧能法，选择相对电磨损程度、累计开断次数、绝缘介质以力强、触头磨损小、灭弧室容易更换等一系列优点而得及使用年限作为电气特征指标；文献[2]中基于模糊到越来越广泛的应用，目前更是在中低电压等级的开理论的评估方法，则选择相对电磨损、开断短路电流累关市场上占据主要地位，因此，对真空断路器寿命评估积和、开断次数以及导电回路电阻作为电气特征指标。的研究一直是一个热门话题。为了评估断路器寿命，本文把真空断路器灭弧室寿命特征参数分为触头国内外相关学者建立了大量的评估方法和分析模型，材料、电弧能量以及真空度三

5、个部分分别进行详细分但这些方法和模型大多还处在探索阶段，在实际应用析，见图1。中还有一定的难度。要想对真空断路器寿命进行较为准确的评估，就必须建立能准确反映断路器各种特征指标的数学模型。而这些数学模型都是建立在对断路器特征参数进行详细分析的基础上的，因此选择具有灭弧室寿命特征参数代表性的特征参数，并进行综合、全面的分析研究就显得尤为重要，但目前为止却较少有这方面的研究报导。真空断路器的核心部件是灭弧室，从某种程度上真空度来说，灭弧室的寿命就决定了断路器的寿命，因此，对图1灭弧室寿命特征参数真空灭弧室特征参数的研究是重中之重。根据目前的文献资料，研究人

6、员提出的这些评估2《电气开关》(2013．No．5)3．1耐电弧腐蚀特性2真空灭弧室结构触头开断、电弧起燃的瞬间，电流集中到电极间的真空灭弧室主要由外壳、触头和主屏蔽罩三大部少数接触点上，损耗剧增，使得接触点温度急剧升高，分组成，常见结构见图2。外壳的作用是构成一个真引起电极金属材料发生一系列物理化学变化(见图空密封的容器，在其中装有动触头、静触头和主屏蔽4)。随着触头的进一步分开，熔化的电极材料会变成罩，同时又是动、静触头之间的支撑。触头是真空灭弧金属蒸气。金属蒸气的温度非常高，使得部分原子可室内最重要的部件，用来导通和开断电流。能发生热电离，加上

7、触头刚分离时，间隙距离很短，电真空灭弧室常用的屏蔽罩有主屏蔽罩和波纹管屏场强度很高，阴极表面在高温、强电场的作用下又会发蔽罩。主屏蔽罩包在触头周围，用来防止燃弧时弧柱射出大量电子，并很快发展成温度很高的阴极斑中产生的大量金属蒸汽和液滴喷到绝缘外壳的内壁点J。阴极斑点不断发射电子并产生金属蒸气，形成上，以致降低其耐压强度；同时又使金属蒸汽迅速冷却弧柱区，见图5。弧柱区集聚着大量高温的金属离子、而凝结成固体，不让其返回到弧隙中，以有利于弧隙中原子和电子，不断的灼烧触头，使得触头表面逐渐粗糙气体粒子密度迅速降低和介质强度快速恢复。波纹管变形，从而造成电磨损

8、，即电弧腐蚀。屏蔽罩包在波纹管周围，使燃弧时产生的金属蒸汽不致凝结到波纹管表面上，对波纹管具有保护作用。图4