Characteristics of Resistance Triggering of a Pulsed Vacuum Arc Ion Source

Triggering scheme is a significant factor that may influence the process of vacuum arc initiation. In this work, the characteristics of resistance triggering of a pulsed vacuum arc ion source are investigated and compared with the independent pulse generator triggering. The results show that although the resistance triggering method is capable of triggering a vacuum arc ion source by properly choosing the resistance and electric parameters, it inevitably increases the rise time of the arc current. A high speed multiframe camera is used to reveal the transition process o~ arc initiation during one shot. From the images it is conjectured that the lower voltage between the cathode and the anode may be the reason that leads to the lower transition speed of discharge at the moment of arc initiation.

旋弧式SF_(6)/N_(2)混合气体触发间隙开关电弧仿真与实验研究

江苏—白鹤滩±800 kV特高压混合直流输电工程中,采用触发间隙开关作为400 kV母线消能装置开关。开关主电极采用了带有螺旋槽结构的平板型横磁旋弧电极。文中使用了三维MHD电弧模型对触发间隙开关主电极的旋弧特性进行了研究,仿真获得了不同电极结构对电极控弧性能的影响。仿真结果显示电弧在横向磁场的作用下,整体沿电极边界进行高速旋转,降低了电弧对主电极的烧蚀程度。电弧转速随着电极旋弧瓣数的增加而增加,随着极板直径的增加而减小。通过与通流实验中拍摄的主电极旋弧过程进行对比,综合仿真和实验的结果,确定了工程应用的电极结构具体参数。

直流可控避雷器用并联可控间隙电弧的维持规律

根据白鹤滩—江苏±800kV特高压直流输电工程提出的技术需求,针对系统过电压幅值较低情况下可控间隙动作时间隙无法维持导通状态至机械开关动作的情况,设计了可控避雷器用并联可控间隙并开展研究。通过补充的Mayr电弧模型对给定条件下触发器注入能量与间隙电弧维持时间的关系进行了分析和预测,并搭建实验平台研究了触发器提供的功率及能量对间隙电弧维持时间的影响,结果表明提高触发器的功率和能量都可以提高间隙电弧维持燃烧的时间;间隙主回路能量不足时,触发器提供的能量可以作为衡量间隙最低导通能力的标准。最终通过5路触发器间隔1ms接续触发的方式,使间隙在主回路没有能量注入时也能维持导通5ms,从而具备了与快速机械开关无缝时序配合的能力,为采用并联可控间隙的可控避雷器方案的推广提供了理论支持。

基于动态事件触发机制的电弧炉弧流参数建模及控制

国内冶金工业交流电弧炉弧流参数控制存在很大局限性,大多依据经验设定电抗器、变压器和弧流参数等工作点,缺乏全流程弧流参数智能化控制。为解决铍铜合金冶炼全流程弧流参数控制问题,本文从能量角度建立电弧炉冶炼过程多目标优化模型,并在弧流控制全流程引入动态事件触发机制(Dynamic Event-triggered Mechanism,DETMs)对模型进行优化,在电气特性和工艺指标的约束下,制订具有弧流、弧压和电抗协同作用的冶炼控制策略。研究结果表明:①从能量传导角度搭建多目标优化模型符合铍铜合金冶炼过程特点,温度约束条件较为容易观测,在一定程度上反映电弧电阻的动态变化;②引入DETMs解决了模型多个局部弧流变化阶段间的衔接问题,改善了目标值变化滞后导致冶炼时间延长问题;③FCPs触发弧流目标值的效果优于人工\时序触发机制,组成了具有较强的跟踪能力和鲁棒性能的弧流控制系统,实现了弧流目标值超前变化、局部稳态阶段耗时缩短。

高压混合型限流熔断器用电弧触发器的弧前特性

采用电弧触发器的高压混合型限流熔断器相对于普通限流熔断器具有功率损耗低、限流能力强的优点;相对于采用电子控制的混合型限流熔断器而言,因为无需外部电源、传感器及电子控制单元,提高了可靠性,减小了体积。为促进其应用,针对其关键部件——电弧触发器开展研究,设计了额定电流500 A的电弧触发器,建立其热电耦合模型,基于该模型分析了不同电流上升率及焊接状况下触发器的弧前特性。研制了电弧触发器实验样机并完成了系列起弧实验,实验结果验证了设计和分析的正确性。

大电流电弧触发式混合限流熔断器分析与设计

为解决电弧触发式混合限流熔断器在大电流场合下的应用问题,针对其关键技术开展了深入研究,重点对电弧触发器进行了优化设计。通过建立电弧触发器的热电耦合模型,分析了熔体结构尺寸对其温升和弧前特性的影响,旨在提高其熔体的载流密度,在满足温升要求的前提下缩短其熔断时间,提高故障检测速度。研制了2000 A/640 V工程样机,额定通流功耗144 W。在预期电流峰值100 kA、时间常数4.17 ms的短路试验中,电弧触发器在短路后700μs熔断起弧,整机弧前时间1.1 ms,全分断时间仅为1.85 ms,短路电流峰值19 kA,弧前焦尔积分值仅为同规格快速熔断器的1/28。

10kV/2kA混合型限流熔断器用电弧触发器的分析与设计

电弧触发式混合型限流熔断器是电子测控式限流熔断器的一种更新装置,具有可靠性高、体积小、成本低等优点,但现有产品的最高额定电流只有600A,额定极限分断电流只有25kA。为此,对电弧触发式装置进行了分析,认为制约其额定电流和极限分断电流水平的关键因素是电弧触发器的动作快速性不够,提高动作快速性的有效方法是提高狭颈的载流密度。基于ANSYS 11.0软件对电弧触发器进行仿真分析和参数优化,获得了电弧触发器熔体的优化设计结构。实际制作的电弧触发器,其狭颈额定载流密度高达3 300A/mm2,可用于额定电压10kV、额定电流2kA、额定分断能力40kA的混合型限流熔断器。

基于电磁斥力型开断器的限流熔断器设计与实验

快速限流熔断器是目前商用化最广泛的限流保护技术之一,然而现有快速限流熔断器中的开断器大都采用炸药爆炸产生的冲击力进行驱动使其分断,炸药在实际应用中存在易分解、不耐高温、安全性低、价格昂贵等缺陷。本文针对炸药型开断器存在的问题,在已研制出的限流熔断器基础上对其开断器进行了改进设计,提出了一种基于电磁斥力型开断器的新型限流熔断器方案,其特点是采用了电磁斥力技术代替炸药来实现开断器的快速分断。开展了额定320V/3kA直流限流熔断器样机的设计及分析,进行了电磁斥力型开断器的分断测速实验和温升实验。实验表明电磁斥力型开断器可以达到与原炸药型开断器相近的工作性能,最后通过限流熔断器样机分断预期25kA短路电流实验证明了新方案的可行性及有效性。

真空开关电弧的产生及其触发电路的设计

本文对真空开关电弧的产生过程、实验室产生电弧方法及影响真空电弧触发因素进行了简要分析,在此基础上对真空电弧的触发电路进行了设计。通过实验表明,该触发电路能够成功可靠的起弧。

基于液态金属自收缩效应的故障电流触发器

随着舰船电力系统容量增大,系统短路电流水平急剧上升,传统电磁脱扣保护装置难以满足现代舰船电力系统快速保护需求。提出了一种液态金属型故障电流触发器,利用液态金属GaInSn在短路电流条件下的自收缩效应产生弧压作为动作信号,具有反应速度快、可靠性高、可自恢复等优点。搭建了液态金属型故障电流触发器弧前特性试验平台,设计了额定1 kA的装置样机,进行了温升及弧前特性试验。试验结果表明:液态金属型故障电流触发器额定1 kA通流条件下电极温升仅为43 K,其稳态通流能力主要受电磁力作用约束;液态金属型故障电流触发器弧前时间与di/dt近似呈反比关系,当电流上升率为10.3 A/μs时,触发器弧前时间为1.09 ms。液态金属型故障电流触发器可作为混合型限流断路器的短路电流检测装置,对提高装置可靠性、实现快速限流具有重要意义。

电弧触发式电磁斥力高速开断混合型直流限流装置设计与试验

针对目前商用化最为普遍的电子测控式爆炸辅助混合型限流熔断器存在的两个问题,从更改机理的角度出发,提出一种电弧触发式电磁斥力混合型限流熔断器方法。电子测控式爆炸辅助混合型限流熔断器采用电子测控作为短路检测的手段,可能存在因电磁干扰带来的误动。新方案采用电弧触发检测作为短路检测的手段,从机理上避免了电磁干扰可能带来的影响。电子测控式爆炸辅助混合型限流熔断器采用爆炸辅助开断作为快速形成断口的手段,炸药的存在带来了安全性较低,高温下易分解的问题。新方案采用电磁斥力辅助开断作为快速形成断口的手段,从机理上避免了使用炸药带来的问题。针对灭弧熔断器,建立了含熔体烧蚀、截面扩展的数值计算模型,经对比,仿真结果与试验结果的一致性较好。研制了电弧触发式电磁斥力高速开断混合型限流熔断器原理样机,进行了2.7A/?s初始短路电流上升率条件下的整机分断试验,短路电流被限制在2.55k A,整个分断过程耗时1.7ms,成功分断的试验结果证明了设计方案的有效性。

真空弧离子源的电阻触发工作方式

介绍了真空弧离子源的一种电阻触发工作方式。有别于典型金属蒸汽真空弧(Metal vapor vacuum arc,MEVVA)离子源的触发工作方式,该方式不需要高压触发脉冲发生器和高压隔离脉冲变压器,简化了电源系统。实验测量了采用电阻触法20-200A主弧电流下的引出离子流,结果表明离子流随主弧流增大。研究了不同阻值触发电阻的起弧情况,实验结果表明在一定电阻阻值范围内,触发电阻越大,触发越难成功。电阻增大使得触发时间增长,主弧上升沿变缓,但是对引出的离子流几乎没有影响。

新型混合式限流熔断器设计分析

基于电弧触发的混合式限流熔断器方案,采用电弧触发器取代了现有混合式限流熔断器中的电子检测控制装置,分析该方案限流过程中的关键技术,设计研制样品。模拟短路限流试验验证分析设计的正确性,结果表明,基于电弧触发的混合式限流熔断器可靠性高、结构紧凑、限流能力强,具有广泛的应用前景。

液态金属型故障电流触发器弧前特性优化设计

为优化液态金属型故障电流触发器的弧前特性以提高其短路检测速度,针对液态金属型电弧触发器的通流孔结构进行了研究。制作了通流孔结构可变的触发器装置样机,研究了液态金属型故障电流触发器在不同通流孔结构条件下的弧前特性,分析了通流孔对弧前特性的影响。试验结果表明:在通流截面积相同条件下,通流孔数量增大会增加触发器弧前时间,并且燃弧过程弧压波动加剧、弧压降低,因此在设计时,应尽可能采用少的通流孔数量,以提升液态金属型故障电流触发器的弧前特性。

长间隙触发真空开关的实验研究

报导了长间隙触发真空开关的实验研究结果 ,包括导通过程、触发可靠性、触发时延及工作稳定性。实验表明 ,采用高压小电流击穿与低压大电流续流的触发电路 ,可保证触发可靠性 ;长间隙触发真空开关有良好的工作稳定性 ,除得到更高工作电压的触发真空开关外 ,还可用于长间隙真空电弧特性的研究。

真空等离子沉积中真空电弧的产生及触发电路的设计

在真空等离子沉积中 ,首先要触发真空电弧 ,由于等离子沉积本身所具有的复杂性 ,要成功地触发真空电弧必须考虑很多因素 ,如 :阴极的材料、电极的结构、阴阳两电极之间的间隙、电极的表面状态、触发方式等。文中对影响触发电弧的因素以及在设计触发电路时需要考虑的因素作了一定的分析 ,并在此基础上 。

20kW氙灯单元试验开关电源研究

文章介绍了 KM6太阳模拟器氙灯单元试验的全部过程,对短弧氙灯的伏安特性进行了研究。通过触发器性能的测试,对开关电源指标和稳定性进行了阐述。

触发型真空弧放电特性研究

基于沿面放电设计了短间距的触发型真空弧放电装置,利用高速相机研究了触发真空弧放电特性,获得了不同放电时刻的放电图像。通过分析放电图像,发现主弧放电开始阶段,主弧电流主要为电子电流,而且在阳极附近观察到较强的离子电流。研究发现阴极斑的形成和等离子体的扩散是主间隙击穿的关键因素。初始阴极斑不仅为触发回路提供载流子,同时影响着主间隙的击穿。文章讨论了阴极表面离子鞘层对表面电场的影响,阴极表面场强可达107V/m。同时本文讨论了背景气压对电极间隙放电延迟时间的影响。

沿面击穿型触发真空开关的触发实验研究

为给触发真空开关(TVS)在脉冲功率系统多级放电中的应用提供参考和设计依据,通过空载和通流两种触发实验研究了一种沿面击穿型的TVS,对比分析触发间隙电阻和触发电压两个参数变化规律的实验结果表明,在通流实验次数不多时存在触发间隙电阻增大、触发电压减小的趋势,原因在于沿面击穿型TVS工作过程中主间隙电流的作用远大于触发电流的作用,而主间隙电流的作用取决于大电流电弧以及金属蒸气沉积的效果。

银镀锡电弧触发器低过载电流情况下弧前过程机理分析

为了分析银镀锡电弧触发器低过载电流情况下弧前过程机理,首先基于试验结果分析,提出了金属锡渗透速度-温度关系假设;然后,利用有限元软件,建立了银镀锡电弧触发器低过载电流情况下弧前仿真模型,并通过仿真与试验数据拟合,确定了金属锡渗透速度-温度一次线性函数关系式;最后,通过对银镀锡电弧触发器进行1750 A低过载电流情况下弧前试验,验证了仿真模型的准确性,并基于仿真结果分析,得到了银镀锡电弧触发器低过载电流情况下弧前过程机理。