上海登開高壓真空斷路器的工作原理
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一、真空的絕緣特性
真空具有很強(qiáng)的絕緣特性,在真空斷路器中,氣體非常稀薄,氣體分子的自由行程相對較大,發(fā)生相互碰撞的幾率很小,因此,碰撞游離不是真空間隙擊穿的主要原因,而在高強(qiáng)電場作用下由電極析出的金屬質(zhì)點(diǎn)才是引起絕緣破壞的主要因素。
真空間隙中的絕緣強(qiáng)度不僅與間隙的大小,電場的均勻程度有關(guān),而且受電極材料的性質(zhì)及表面狀況的影響較大。真空間隙在較小的距離間隙(2—3毫米)情況下,有比高壓力空氣與SF6 氣體高的絕緣特性,這就是真空斷路器的觸頭開距一般不大的原因。
電極材料對擊穿電壓的影響主要表現(xiàn)在材料的機(jī)械強(qiáng)度(抗拉強(qiáng)度)和金屬材料的熔點(diǎn)上??估瓘?qiáng)度和熔點(diǎn)越高,電極在真空下的絕緣強(qiáng)度越高。
實(shí)驗(yàn)表明,真空度越高,氣體間隙的擊穿電壓越高,但在10-4 托以上,就基本保持不變了,所以,要保持真空滅弧室的絕緣強(qiáng)度,其真空度應(yīng)不低于10-4托。
二、真空中電弧的形成與熄滅
真空電弧和我們以前學(xué)習(xí)的氣體電弧放電現(xiàn)象有很大的差別,氣體的游離現(xiàn)象不是產(chǎn)生電弧的主要因素,真空電弧放電是在觸頭電極蒸發(fā)出來的金屬蒸汽中形成的。同時,開斷電流的大小不同,電弧表現(xiàn)的特點(diǎn)也不同。我們一般把它分為小電流真空電弧和大電流真空電弧。
觸頭在真空中開斷時,產(chǎn)生電流和能量十分集聚的陰極斑點(diǎn),從陰極斑點(diǎn)上大量地蒸發(fā)金屬蒸汽,其中的金屬原子和帶電質(zhì)點(diǎn)的密度都很高,電弧就在其中燃燒。同時,弧柱內(nèi)的金屬蒸汽和帶電質(zhì)點(diǎn)不斷地向外擴(kuò)散,電極也不斷的蒸發(fā)新的質(zhì)點(diǎn)來補(bǔ)充。在電流過零時,電弧的能量減小,電極的溫度下降,蒸發(fā)作用減少,弧柱內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)密度降低,最后,在過零時陰極斑消失,電弧熄滅。
有時,蒸發(fā)作用不能維持弧柱的擴(kuò)散速度,電弧突然熄滅,發(fā)生截流現(xiàn)象。
真空具有很強(qiáng)的絕緣特性,在真空斷路器中,氣體非常稀薄,氣體分子的自由行程相對較大,發(fā)生相互碰撞的幾率很小,因此,碰撞游離不是真空間隙擊穿的主要原因,而在高強(qiáng)電場作用下由電極析出的金屬質(zhì)點(diǎn)才是引起絕緣破壞的主要因素。
真空間隙中的絕緣強(qiáng)度不僅與間隙的大小,電場的均勻程度有關(guān),而且受電極材料的性質(zhì)及表面狀況的影響較大。真空間隙在較小的距離間隙(2—3毫米)情況下,有比高壓力空氣與SF6 氣體高的絕緣特性,這就是真空斷路器的觸頭開距一般不大的原因。
電極材料對擊穿電壓的影響主要表現(xiàn)在材料的機(jī)械強(qiáng)度(抗拉強(qiáng)度)和金屬材料的熔點(diǎn)上??估瓘?qiáng)度和熔點(diǎn)越高,電極在真空下的絕緣強(qiáng)度越高。
實(shí)驗(yàn)表明,真空度越高,氣體間隙的擊穿電壓越高,但在10-4 托以上,就基本保持不變了,所以,要保持真空滅弧室的絕緣強(qiáng)度,其真空度應(yīng)不低于10-4托。
二、真空中電弧的形成與熄滅
真空電弧和我們以前學(xué)習(xí)的氣體電弧放電現(xiàn)象有很大的差別,氣體的游離現(xiàn)象不是產(chǎn)生電弧的主要因素,真空電弧放電是在觸頭電極蒸發(fā)出來的金屬蒸汽中形成的。同時,開斷電流的大小不同,電弧表現(xiàn)的特點(diǎn)也不同。我們一般把它分為小電流真空電弧和大電流真空電弧。
觸頭在真空中開斷時,產(chǎn)生電流和能量十分集聚的陰極斑點(diǎn),從陰極斑點(diǎn)上大量地蒸發(fā)金屬蒸汽,其中的金屬原子和帶電質(zhì)點(diǎn)的密度都很高,電弧就在其中燃燒。同時,弧柱內(nèi)的金屬蒸汽和帶電質(zhì)點(diǎn)不斷地向外擴(kuò)散,電極也不斷的蒸發(fā)新的質(zhì)點(diǎn)來補(bǔ)充。在電流過零時,電弧的能量減小,電極的溫度下降,蒸發(fā)作用減少,弧柱內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)密度降低,最后,在過零時陰極斑消失,電弧熄滅。
有時,蒸發(fā)作用不能維持弧柱的擴(kuò)散速度,電弧突然熄滅,發(fā)生截流現(xiàn)象。