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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(zhen)(zhen)空(kong)(kong)斷(duan)(duan)(duan)路(lu)(lu)(lu)器(qi)處(chu)于(yu)合閘位置時,其對地(di)絕緣由(you)支持絕緣子承受(shou),一(yi)旦真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)斷(duan)(duan)(duan)路(lu)(lu)(lu)器(qi)所連接(jie)的線路(lu)(lu)(lu)發生永久接(jie)地(di)故(gu)障,斷(duan)(duan)(duan)路(lu)(lu)(lu)器(qi)動作(zuo)跳閘后,接(jie)地(di)故(gu)障點又未被(bei)清除,則有電母線的對地(di)絕緣亦要由(you)該斷(duan)(duan)(duan)路(lu)(lu)(lu)器(qi)斷(duan)(duan)(duan)口的真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)間(jian)隙承受(shou);各種故(gu)障開斷(duan)(duan)(duan)時,斷(duan)(duan)(duan)口一(yi)對觸(chu)子間(jian)的真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)絕緣間(jian)隙要耐受(shou)各種恢復電壓的作(zuo)用(yong)而不發生擊穿。因(yin)此,真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)間(jian)隙的絕緣特(te)性成為(wei)提高(gao)滅弧室斷(duan)(duan)(duan)口電壓,使單(dan)斷(duan)(duan)(duan)口真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)斷(duan)(duan)(duan)路(lu)(lu)(lu)器(qi)向高(gao)電壓等級發展的主要研究課題。

真空度的表示方式:

絕對(dui)壓力(li)低(di)于(yu)一個大氣(qi)(qi)(qi)壓的(de)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)稀(xi)薄(bo)的(de)空(kong)(kong)間,稱為真空(kong)(kong)空(kong)(kong)間,真空(kong)(kong)度越(yue)高即(ji)空(kong)(kong)間內氣(qi)(qi)(qi)體(ti)壓強(qiang)越(yue)低(di)。真空(kong)(kong)度的(de)單位有(you)三(san)種表(biao)示方(fang)式(shi):托(tuo)(即(ji)1個mm水銀柱(zhu)(zhu)高),毫(hao)巴(ba)(103bar)或帕(pa)(帕(pa)斯卡(ka):Pa)。(1托(tuo)=131。6Pa,1毫(hao)巴(ba)=100Pa)我(wo)們通常所說(shuo)真空(kong)(kong)滅弧室(shi)內部的(de)真空(kong)(kong)度要(yao)達10-4托(tuo)是(shi)指滅弧室(shi)內的(de)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)壓強(qiang)僅為"萬(wan)分(fen)之(zhi)一mm水銀柱(zhu)(zhu)高",亦(yi)即(ji)是(shi)1。31x10-2Pa。

"派森定理(li)"亦(yi)有譯為(wei)(wei)"巴(ba)申定律",是指間(jian)(jian)(jian)隙電(dian)壓(ya)(ya)(ya)耐受強度與(yu)氣體壓(ya)(ya)(ya)力之間(jian)(jian)(jian)的(de)關系。圖1表示(shi)派森定理(li)的(de)關系曲(qu)線呈"V"字形,即充氣壓(ya)(ya)(ya)力的(de)增加或降低,都能提高(gao)間(jian)(jian)(jian)間(jian)(jian)(jian)隙絕緣強度。其(qi)擊(ji)穿(chuan)(chuan)機理(li)至(zhi)今還不(bu)清楚,因為(wei)(wei)真空(kong)滅弧(hu)室內部真空(kong)度高(gao)于(yu)10-4托,這(zhe)(zhe)樣稀薄(bo)空(kong)氣的(de)空(kong)間(jian)(jian)(jian),氣體分子(zi)的(de)自由行程為(wei)(wei)103mm,在真空(kong)滅弧(hu)室這(zhe)(zhe)么(me)大小(xiao)的(de)容積內,發生(sheng)碰撞的(de)機率幾乎是零。因此不(bu)會(hui)發生(sheng)碰撞游離而使真空(kong)間(jian)(jian)(jian)隙擊(ji)穿(chuan)(chuan)。派森定理(li)的(de)"V"形曲(qu)線是實(shi)驗得出的(de),條件是在均勻電(dian)場的(de)情況(kuang)下,其(qi)間(jian)(jian)(jian)隙擊(ji)穿(chuan)(chuan)電(dian)壓(ya)(ya)(ya)Uj可表示(shi)為(wei)(wei):

        Uj=KLa

      L------間隙(xi)距離;

      a------間隙系(xi)數(間隙<5mm時(shi)a=1,>5mm時(shi),a=0。5)


由派森定理(li)的";V"形關系(xi)曲(qu)線(xian)中看出(chu),當真空度達103托時出(chu)現拐(guai)點(dian)(dian),拐(guai)點(dian)(dian)四周(zhou)曲(qu)線(xian)變(bian)得平坦,擊(ji)穿電壓幾乎無變(bian)化。

當(dang)真空度(du)和(he)間隙(xi)距離相同時(shi),其(qi)擊穿電(dian)壓(ya)則隨(sui)觸頭電(dian)材料發生變化,電(dian)材料機械強度(du)高(gao),熔點高(gao)時(shi),真空間隙(xi)的擊穿電(dian)壓(ya)亦隨(sui)之提高(gao)。

真空絕緣的破壞機理:

前面已說過,在(zai)(zai)真空(kong)滅弧室這樣(yang)高(gao)度真空(kong)度的空(kong)間(jian)(jian)內,氣體分子的自由行程很大,不會發(fa)(fa)生碰撞分離而使(shi)真空(kong)間(jian)(jian)隙在(zai)(zai)高(gao)壓電作用下會擊(ji)穿(chuan)又是(shi)客(ke)觀存在(zai)(zai),于是(shi)就有種解(jie)釋真空(kong)絕緣會破壞的機理,場致發(fa)(fa)射(she)引起擊(ji)穿(chuan),微塊(kuai)引起擊(ji)穿(chuan)和微放(fang)電導致擊(ji)穿(chuan)。

場致(zhi)發(fa)射論對(dui)真空間隙所以(yi)能(neng)發(fa)生擊穿(chuan)的解釋

間隙(xi)電(dian)場能量集(ji)中,在電(dian)微觀(guan)表面的部分發(fa)(fa)生(sheng)電(dian)子(zi)(zi)發(fa)(fa)射或蒸發(fa)(fa)逸出,撞擊(ji)(ji)陽使局部發(fa)(fa)熱,繼續放出離(li)子(zi)(zi)或蒸汽(qi),正離(li)子(zi)(zi)再撞擊(ji)(ji)陰發(fa)(fa)生(sheng)二次(ci)發(fa)(fa)射,相互不斷(duan)積累(lei),后導致間隙(xi)擊(ji)(ji)穿。

聞名的FowlerandNoraheim場(chang)發射電(dian)流(liu)I表(biao)達式(shi)為:

             I=AE2e-B/E

         式中 E------電場強(qiang)度(du);

            A------常(chang)數,與(yu)發射點的面積有關;

            B------常數,與電表(biao)面的(de)逸出有關。

在(zai)小(xiao)的(de)(de)(de)(de)間(jian)(jian)隙(xi)(<1mm)及短(duan)脈沖電(dian)(dian)壓情(qing)況下,可以合理地認為真空間(jian)(jian)隙(xi)擊穿是由場致(zhi)發射引起的(de)(de)(de)(de),但在(zai)長間(jian)(jian)隙(xi)及連(lian)續(xu)加壓與長脈沖電(dian)(dian)壓下,有的(de)(de)(de)(de)學者認為真空的(de)(de)(de)(de)擊穿尚存在(zai)其它機理:

(1)陰(yin)引起的擊(ji)穿;在強電場下,由于(yu)場發(fa)射(she)電流的焦耳發(fa)熱效應,使(shi)陰(yin)表面物的溫度升高(gao),當溫度達到臨界點時,物熔化產(chan)生蒸汽引起擊(ji)穿。

(2)陽(yang)引起(qi)的(de)擊穿(chuan):由于陰發射的(de)電子(zi)束,轟擊陽(yang)使某點發熱(re)產生熔化和蒸汽(qi)而(er)發生間隙擊穿(chuan)。產生陽(yang)引起(qi)擊穿(chuan)的(de)條(tiao)件與(yu)電場提高系數和間隙距離有關。

微塊引起擊穿的解釋:

假設在電表面附(fu)著較輕(qing)松的微(wei)(wei)塊(kuai),在電場作用下(xia),微(wei)(wei)塊(kuai)脫落(luo)而且加速,這微(wei)(wei)塊(kuai)撞擊對面的電時,由于沖擊發熱可使其本身(shen)熔化(hua)產(chan)生蒸汽,引起擊穿。

微放電導致真空間隙擊穿的解釋:

電的(de)(de)陰表面沾污,將發生(sheng)微放電現象。微放電是(shi)一種(zhong)小的(de)(de)自(zi)抑制熄滅的(de)(de)電流(liu)脈沖,它的(de)(de)總(zong)放電電荷3107C,存(cun)在(zai)時間由50ms到(dao)幾(ji)ms,放電一般(ban)發生(sheng)在(zai)大于1mm的(de)(de)間隙(xi)中(zhong)。

這些真空間(jian)隙的(de)(de)(de)擊穿機理(li)表(biao)明,真空電的(de)(de)(de)材料與電的(de)(de)(de)表(biao)面狀況對真空間(jian)隙的(de)(de)(de)絕緣(yuan)都是(shi)非常要害的(de)(de)(de)因素。

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