大开距条件下杯状纵磁触头间隙磁场特性

“碳达峰、碳中和”目标的提出使得高压真空灭弧室的研制与发展受到广泛的关注与重视。为此,通过增大杯壁开槽旋转角的方式探究了6槽杯状纵磁触头在高压真空灭弧室中应用的可能性。研究结果表明:增大开槽旋转角是大开距下增强6槽杯状纵磁触头间隙纵向磁场的有效手段;适当地增大触头杯高和杯壁厚度不仅会使得触头电阻明显下降,也使得开槽旋转角进一步增大,从而使得纵向磁场得以继续增强;支撑件的添加可以使具有较大开槽旋转角的触头结构强度明显增加,而间隙纵向磁场的下降并不明显。论文研究结果可以为杯状纵磁触头在高压真空灭弧室中的实际应用提供借鉴与参考。

126kV真空灭弧室1/2线圈纵磁触头三维磁场仿真

建立了126kV、1/2线圈纵磁触头三维电极结构模型,并利用有限元法对考虑了电弧影响的有限元模型进行了三维静磁场和涡流场仿真。结果表明静磁场下纵向磁场在触头片开槽处发生畸变,在触头间隙中心平面分布呈“平顶帐篷”形状。在涡流场下,当电流处于峰值时,纵向磁场在触头片上的分布和触头间隙中心平面上的分布与静磁场作用下相似:在电流过零时,纵向磁场在触头片中心形成一个最高峰,在最高峰周围形成6个次高峰;而在触头间隙中心平面分布呈“尖顶帐篷”形;沿路径(0,-60,110)～(0,60,110)纵向磁场的分布为开口向上的抛物线型,最大滞后时间0.36ms。

基于响应曲面法的马蹄铁型纵磁触头真空灭弧室磁场特性分析及优化

为提高马蹄铁型纵磁触头真空灭弧室的磁场特性,文中对其灭弧室磁场特性进行了基于响应曲面法的优化。选取铁片外径、铁片内外径差及铁片间槽口夹角差值作为3个优化参数,以电流峰值时纵向磁感应强度最大,有效磁场区域宽度最宽及磁场滞后时间最短作为3个优化目标,通过有限元方法建立触头计算模型,采用中心复合实验设计方法安排仿真计算,采用响应曲面方法建立二阶回归模型,通过多目标优化的方式对灭弧室磁场特性进行优化。得到了各优化指标随触头结构参数的变化趋势及灭弧室磁场特性最优时的触头结构参数组合——铁片外径90 mm,内外径差55 mm,铁片间槽口夹角差值8.54°。较优化前,将电流峰值时纵向磁感应强度由633.3 mT提高至713.3 mT,将有效磁场区域宽度由25.2 mm增加至25.9 mm,将磁场滞后时间由1.16 ms缩短至0.77 ms。

126kV真空灭弧室1/3线圈纵磁触头三维涡流场仿真

建立了126kV、1/3线圈纵磁触头三维电极结构模型,并利用有限元法对考虑了电弧影响的模型进行了三维涡流场仿真.在电流分别处于峰值和过零时,得到了纵向磁场分别在触头片表面和触头间隙中心平面上的分布,以及纵向磁场滞后时间沿径向路径的分布规律.

基于阳极放电模式的杯状纵磁触头真空灭弧室分闸速度设计

真空断路器短路开断能力与真空电弧的控制技术及断路器分闸速度的控制技术紧密相关。该文的研究目标为基于真空电弧强电弧模式向扩散态模式转变规律对杯状纵磁触头真空灭弧室分闸速度进行设计。通过对杯状纵磁触头在不同分闸速度、不同燃弧时间条件下进行拉弧试验,研究的影响强电弧模式持续时间、强电弧模式转变为扩散态模式时刻的临界纵向磁场及与之对应的临界触头开距与分闸速度的关系。试验结果显示,真空灭弧室分闸速度和燃弧时间对真空电弧阳极放电模式的演变具有显著影响,较高的分闸速度能够使得强电弧模式快速转变为扩散态模式。强电弧模式转变为扩散态模式时刻对应的临界触头开距及其临界纵向磁场强度、强电弧模式持续时间,随电弧电流的增大而增大,且不同的分闸速度条件下强电弧模式转变为扩散态模式的临界触头开距具有峰值效应。在真空断路器分闸速度的设计过程中,宜使得真空灭弧室刚分速度高于该峰值临界触头开距所对应的分闸速度。研究结果可为应用杯状纵磁触头的真空断路器的分闸速度的设计提供理论依据。

126kV真空灭弧室3/4匝线圈型纵磁触头大电流电弧特性研究

文中针对一种126 kV真空灭弧室3/4匝线圈型纵磁触头,采用拉弧试验的方法对其在大电流下的真空电弧扩散态模式持续时间、强电弧模式持续时间以及真空电弧形态等电弧特性进行试验研究。选取3种不同线圈结构的触头进行试验,触头结构1、2、3的线圈宽度分别为12、14、16 mm。试验电流为36 kA(rms)和40 kA(rms),第1个电流半波内的燃弧时间分别为3.5、9 ms。试验结果表明,触头结构2的真空电弧扩散态模式持续时间最长,强电弧模式持续时间最短。随着电弧电流的增加,3种触头结构在电流过零前的扩散态模式持续时间随之减小。通过对2种触头结构大电流真空电弧特性进行分析比较,126 kV真空灭弧室3/4匝线圈型触头选择触头结构2,线圈宽度为14 mm。

基于SolidWorks的真空开关线圈式纵磁触头参数化设计

真空灭弧室中触头的形状和尺寸对于提高真空开关的开断能力十分重要。真空开关中线圈式纵磁触头都具有相似的结构但是在尺寸方面有所不同。在对线圈式纵磁触头进行设计时,设计人员每次都需要对触头进行重新建模,极大地浪费设计人员的时间和精力。基于SolidWorks软件平台,利用VB(Visual Basic)语言作为二次开发工具,通过对真空开关触头的结构和参数进行合理化分析,建立了真空开关线圈式纵磁触头参数化设计系统。利用该系统可以对真空开关电极触头进行快速高效地建模和装配,提高对零件的设计效率。

正交设计法对杯状纵磁触头的优化

文章选取杯状纵磁灭弧室触头为试验对象,对同一结构、不同直径、不同杯壁厚度、不同触头开槽偏移距离以及槽指与水平角度对纵向磁场的影响进行了正交设计试验。使用有限元仿真软件得出结果,得到其触头中心4.5mm处的纵向磁感应强度。并通过方差分析,得到其显著与非显著因素,再对其显著因素进行回归分析,得到显著因素与中心纵向磁场感应强度的回归方程。通过多组试验数据,验证了其回归方程的准确性,得到了原触头的最优组合。

铁心式双极纵磁触头纵向磁场测量及磁场饱和特性研究

铁心式双极纵磁触头是高压真空灭弧室中常用的触头类型之一。为探究铁心式双极纵磁触头真空灭弧室燃弧过程中真空电弧不可控模式出现的成因,对铁心式双极纵磁触头的纵向磁场特性进行了实验与仿真研究。采用霍尔效应传感器阵列搭建了触头磁场测量平台,对1~15 kA下铁心式双极纵磁触头的纵向磁场分布进行了测量,基于实测结果验证了铁心式双极纵磁触头磁场仿真模型的准确性,并利用该仿真模型进一步仿真分析了1~40 kA电流下的触头磁场饱和特性及40 kA电流等级下燃弧过程中触头间纵向磁场的动态变化规律。结果显示,铁心式双极纵磁触头的纵向磁场在电流大于10 kA后开始呈现出显著的饱和趋势,由于磁场饱和现象的存在,大电流燃弧过程中触头磁场随时间的变化曲线在电流峰值附近将出现数毫秒的畸变。铁心式双极纵磁触头的纵向磁场饱和现象及纵向磁场随触头开距增大的衰减共同导致了该触头大电流燃弧过程中电流峰值附近真空电弧不可控模式的出现。文中的研究加深了对铁心式双极纵磁触头控弧过程的理解,并对该触头的设计具有指导价值。

纵磁结构真空灭弧室电磁场及电弧运动特性

为了了解纵向磁场下的电弧运动过程,建立了真空灭弧室的3维仿真模型。采用PIC模拟方法对12kV灭弧室内的电磁场、电弧运动特性进行计算仿真。通过改变触头间距、屏蔽罩尺寸和触头开槽宽度,研究了灭弧室内的电场、磁场分布;对不同触头间距下随时间变化的电弧运动过程和触头表面的电弧分布情况进行了模拟计算。计算结果表明:在真空灭弧室中适当设置屏蔽罩,可有效改善灭弧室内的电场分布;触头铜基上的开槽宽度对磁场会产生影响,宽度越大,磁场强度越大。