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真空断 路器绝缘特性的主要研究发布时间:2019-04-02 15:25:16 | 来源:浙江诚 高高压电气有限公司

真空断 路器处于合闸位置时,其对地 绝缘由支持绝缘子承受,一旦真 空断路器所连接的线路发生永久接地故障,断路器动作跳闸后,接地故 障点又未被清除,则有电 母线的对地绝缘亦要由该断路器断口的真空间隙承受;各种故障开断时,断口一 对触子间的真空绝缘间隙要耐受各种恢复电压的作用而不发生击穿。因此,真空间 隙的绝缘特性成为提高灭弧室断口电压,使单断 口真空断路器向高电压等级发展的主要研究课题。
  
真空度的表示方式 :
   
绝对压 力低于一个大气压的气体稀薄的空间,称为真空空间,真空度 越高即空间内气体压强越低。真空度 的单位有三种表示方式:托(即1个mm水银柱高),毫巴(103bar)或帕(帕斯卡:Pa)。(1托=131。6Pa,1毫巴=100Pa)我们通 常所说真空灭弧室内部的真空度要达10-4托是指 灭弧室内的气体压强仅为"万分之一mm水银柱高",亦即是1。31x10-2Pa。
   
“派森定理”亦有译为“巴申定律”,是指间 隙电压耐受强度与气体压力之间的关系。图1表示派 森定理的关系曲线呈"V"字形,即充气 压力的增加或降低,都能提 高极间间隙绝缘强度。其击穿 机理至今还不清楚,因为真 空灭弧室内部真空度高于10-4托,这样稀薄空气的空间,气体分 子的自由行程为103mm,在真空 灭弧室这么大小的容积内,发生碰 撞的机率几乎是零。因此不 会发生碰撞游离而使真空间隙击穿。派森定理的"V"形曲线是实验得出的,条件是 在均匀电场的情况下,其间隙击穿电压Uj可表示为:
   Uj=KLa
   L------间隙距离;
   a------间隙系数(间隙<5mm时a=1,>5mm时,a=0。5)
   
由派森定理的"V"形关系曲线中看出,当真空度达103托时出现拐点,拐点附 近曲线变得平坦,击穿电压几乎无变化。
  
当真空 度和间隙距离相同时,其击穿 电压则随触头电极材料发生变化,电极材料机械强度高,熔点高时,真空间 隙的击穿电压亦随之提高。
  
真空绝缘的破坏机理
   
前面已说过,在真空 灭弧室这样高度真空度的空间内,气体分 子的自由行程很大,不会发 生碰撞分离而使真空间隙在高压电作用下会击穿又是客观存在,于是就 有种解释真空绝缘会破坏的机理,场致发射引起击穿,微块引 起击穿和微放电导致击穿。
   
场致发 射论对真空间隙所以能发生击穿的解释
   
间隙电场能量集中,在电极 微观表面的突出部分发生电子发射或蒸发逸出,撞击阳极使局部发热,继续放出离子或蒸汽,正离子 再撞击阴极发生二次发射,相互不断积累,最后导致间隙击穿。
   
著名的Fowler and Noraheim场发射电流I表达式为:
   I=AE2e-B/E
   式中 E------电场强度;
      A------常数,与发射点的面积有关;
      B------常数,与电极 表面的逸出有关。
   
在小的间隙(<1mm)及短脉冲电压情况下,可以合 理地认为真空间隙击穿是由场致发射引起的,但在长 间隙及连续加压与长脉冲电压下,有的学 者认为真空的击穿尚存在其它机理:
  
(1)阴极引起的击穿;在强电场下,由于场 发射电流的焦耳发热效应,使阴极 表面突出物的温度升高,当温度达到临界点时,突出物 熔化产生蒸汽引起击穿。
  
(2)阳极引起的击穿:由于阴 极发射的电子束,轰击阳 极使某点发热产生熔化和蒸汽而发生间隙击穿。产生阳 极引起击穿的条件与电场提高系数和间隙距离有关。
  
微块引起击穿的解释
   
假设在 电极表面附着较轻松的微块,在电场作用下,微块脱落而且加速,这微块 撞击对面的电极时,由于冲 击发热可使其本身熔化产生蒸汽,引起击穿。
  
微放电 导致真空间隙击穿的解释
   
电极的阴极表面沾污,将发生微放电现象。微放电 是一种小的自抑制熄灭的电流脉冲,它的总放电电荷3107C,存在时间由50ms到几ms,放电一般发生在大于1mm的间隙中。
   
这些真 空间隙的击穿机理表明,真空电 极的材料与电极的表面状况对真空间隙的绝缘都是非常关键的因素。
  
真空间 隙的绝缘耐受能力与在先的分合闸操作工况有关
   
真空断 路器接触间隙的击穿电压,因耐压 实验前不同工况的分合闸操作有相应的不同结果,意大利哥伦布(Colombo)工程师 在设备讨论会上有文论述过这方面的问题:试验对象是24KV断路器,铜铬触头,额定开断电流16KA,额定电流630A,触头开距15。8mm,触头分闸速度1。1m/s,合闸速度为0。6m/s。试验程序列于表1。
   
在关合---分闸操作(试验系列2~5)后产生 的最大击穿电压比空载循环(试验系列1)后给出的数值低,这意味 着触头击穿距离受电弧电流的影响而减小;同时,系列2和系列5所测得 的数值亦小于系列3和系列4的试验值,而电流 过零波形和极性似乎无明显影响。试验结 果证实了开闭操作的形式对断路器触头之间的绝缘耐受能力有影响,击穿电压在30~50kV范围内,击穿距离为0。6~2mm之间,击穿时 触头的电场强度为25~44kV。
   
意大利 哥伦布工程师上述实验的结果表明,真空开 关在开断大电流后,其真空 减小绝缘强度会下降是一种普遍现象。因此,我国早 期的真空断路器在开断故障后,间隙绝缘会下降,达不到 产品技术条件的绝缘水平,故能源 部对户内高压真空断路器

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