新型真空直流限流断路器设计及其介质恢复特性

针对传统强迫换流型断路器在关断高上升率短路电流时遇到的问题,本文提出了在高速真空开关两端反向并联续流二极管,并在小间隙下开断短路电流的改进方案。通过反向续流二极管的续流作用,使真空开关在电弧电流强迫过零后得到零电压介质恢复时间,提高了真空灭弧室的介质恢复能力,使其能够在小开距时关断高上升率短路电流。开展了新型强迫换流型限流断路器工作原理的仿真分析和高速电磁斥力机构、脉冲关断电路的设计。针对新型真空直流限流断路器关断短路电流的特殊过程,设计了与其等效的介质恢复试验,对方案可行性进行验证。设计了1kV/400A限流断路器样机并进行短路关断试验,该断路器可将初始上升率为5A/s的故障电流限流至2.5kA以下。试验结果证明所提出方案有效、可行。

混合型真空限流断路器短燃弧短间隙下的介质强度恢复试验研究

介质强度恢复特性是制定新型混合型真空限流断路器分断策略和设计其换流参数的重要参考依据。该文搭建了合成试验平台,对直径45mm平板CuCr50触头的真空灭弧室在直流20kA、短燃弧、运动短间隙下的介质强度恢复特性开展了试验研究。在触头以平均速度为3m/s分离的过程中,针对不同的燃弧时间,在电流以约为220A/μs的速率下降、强迫过零后的不同时刻施加上升率约为400V/μs的测试电压,以获得对应燃弧时间的介质强度恢复特性。研究结果表明:在100μs的燃弧时间内,触头间隙的介电强度均能以很快的速度恢复到静态耐压水平;燃弧时间增大到320μs时,触头间隙的介电强度很久不能恢复;燃弧时间继续增长,触头间隙是否被击穿具有不稳定性。由此得到了断路器的设计原则:在100μs的燃弧时间内,增大燃弧时间可使触头承压时的开距增加,提高真空灭弧室电流过零后的电压耐受裕度。