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真空断路器的绝缘特性分析
作者:华盛安达河北电气设备 发表时间: 浏览人气:9

真空具有很强的绝缘性能。 在真空断路器中,气体非常稀薄,气体分子的自由行进相对较大,相互碰撞的机会很小。 因此,无碰撞不是真空间隙击穿的主要原因,但是在高强度电场的作用下由电极沉积的金属颗粒是引起绝缘破坏的主要因素。

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真空间隙中的绝缘强度不仅与间隙的大小和电场的均匀性有关,而且还受电极材料的性质和表面条件的影响很大。在距离间隙较小(2-3毫米)的情况下,真空间隙比高压空气和SF6气体具有更高的绝缘特性,这就是真空断路器的触点打开距离通常不大的原因。



电极材料对击穿电压的影响主要表现在材料的机械强度(拉伸强度)和金属材料的熔点上。拉伸强度和熔点越高,真空下电极的绝缘强度越高。



实验表明,真空度增加,气隙击穿电压增加,但在10-4To以上基本保持不变,因此,要保持真空灭弧室的绝缘强度,真空度应不低于10-4torr。。



2。 真空中电弧的形成与消灭



真空电弧与我们之前研究的气体电弧放电现象有很大不同。 没有气体不是电弧放电的主要原因。 在从接触电极蒸发的金属蒸气中形成真空电弧放电。同时,分断电流的大小不同,电弧性能的特性也不同。我们通常将其分为小电流真空电弧和大电流真空电弧。



(1)小电流真空电弧



当触点在真空中破裂时,会产生电流和能量都非常集中的阴极斑点,大量金属蒸气将从阴极斑点中蒸发。 金属原子和带电粒子的密度非常高,电弧在其中燃烧。同时,电弧塔中的金属蒸气和带电粒子继续向外扩散,并且电极不断蒸发新的粒子以进行补充。当电流过零时,电弧能量降低,电极温度降低,蒸发效果降低,电弧塔中的颗粒密度降低。 最终,阴极斑点消失,电弧在零交叉处熄灭。有时,蒸发不能维持电弧塔的扩散速度,电弧突然熄灭并发生拦截。



(2)大电流真空电弧



当触点打开大电流时,电弧能量将增加,阳极也将严重发热,从而形成一个非常集中的电弧柱。同时,电动势的作用也很明显。 因此,对于大电流真空电弧,触点之间的磁场分布对电弧的稳定性和性能具有决定性的影响。如果电流过大并超过极限分断电流,将导致分断故障。此时,触控笔剧烈加热,过零后电流仍然蒸发,介质恢复困难,电流无法切断。


当室外真空断路器处于合闸位置时,对地面的绝缘由支撑绝缘子承担。 一旦连接到真空断路器的线路发生永久性接地故障,并且断路器跳闸并且接地故障点尚未清除,就存在一条电气总线。断路器的接地也应通过真空承受断路器的间隙。 当各种故障被销毁时,破裂的触点对之间的真空绝缘间隙必须承受各种恢复电压而不会击穿。因此,真空间隙的绝缘特性已成为提高灭弧室的击穿电压并将单回路真空断路器发展到高电压水平的主要研究课题。 


    表达真空 


    绝对压力低于一个大气压的稀薄气体空间称为真空空间。 真空度越高,空间中的气压越低。表示真空单位的方法有以下三种:Torr(汞高1 mm),mbar(103 bar)或Pa(Pa:Pa)。(1托= 131。6Pa,1 mbar = 100Pa)我们通常说的是,真空灭弧室内的真空度为10-4 Torr,这意味着灭弧室内的气压仅为“汞高的十分之一列”,即1。31x10-2Pa。 


   “佩森定理”也被翻译为“巴森定律”,它是指缝隙抗压强度与气压之间的关系。从图1可以看出,Pyson定理的关系曲线为“ V”形,也就是说,通过增加或减小充气压力,可以提高两极之间的间隙的绝缘强度。由于真空灭弧室中的真空度高于10-4 Torr,击穿机理尚不清楚,因此稀薄空气空间中的气体分子的自由行进为103 mm,这是在真空灭弧室中发生的。碰撞的可能性几乎为零。因此,不会发生碰撞并且真空间隙被破坏。通过实验获得Passion定理的“ V”曲线,在均匀电场的条件下,间隙击穿电压Uj可以表示为: 


    Uj = KLa 


    L ------净距; 


    一个------差距因子(差距<5mm时a=1,>在5毫米处,a = 0。5) 


    从Passion定理的“ V”形关系曲线可以看出,当真空达到103 Torr时,出现拐点,拐点附近的曲线变得平坦,击穿电压几乎不变。 


    当真空度和间隙距离相同时,击穿电压随接触电极材料而变化。 当电极材料具有高机械强度和高熔点时,真空间隙的击穿电压也增加。 


    真空绝热的破坏机理 


    如上所述,在真空断路器等真空度高的空间中,气体分子自由行进,不会发生碰撞分离,因此在高压电的作用下真空间隙会破裂。 这是客观存在。有一种机制可以解释真空绝热层的破坏。 场发射导致击穿,微块导致击穿,微放电导致击穿。 


    场发射理论解释了真空间隙的破坏 


    间隙的电场的能量被集中,并且电子发射或蒸发在电极的微观表面的突出部分逸出。 对阳极的冲击将引起局部发热,并继续散发离子或蒸汽。 然后,正离子击中阴极以产生二次发射,二次发射相互累积。穿。


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