張　松　張忠華　汪　洋

（遼寧高壓電器產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)有限公司，沈陽(yáng)　110122）

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用于真空斷路器滅弧室老煉的一種回路

張松張忠華汪洋

（遼寧高壓電器產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)有限公司，沈陽(yáng)110122）

摘要分析并計(jì)算了用于真空斷路器滅弧室老煉的一種試驗(yàn)回路的元件參數(shù)，并給出其仿真的波形，該回路元件少，控制容易，可以用于實(shí)際，達(dá)到真空滅弧室的老煉目的。

關(guān)鍵詞：老煉試驗(yàn)；真空斷路器；試驗(yàn)回路；真空滅弧室

真空斷路器具有優(yōu)異的性能，在中壓領(lǐng)域已經(jīng)居于主導(dǎo)地位，并邁向高電壓的領(lǐng)域。真空斷路器的最主要部件為真空滅弧室，目前主要從三個(gè)方面來(lái)提高其性能：

1）采用新材料來(lái)制作滅弧室觸頭；

2）利用計(jì)算機(jī)的技術(shù)優(yōu)化滅弧室結(jié)構(gòu)；

3）采用老煉的方法對(duì)觸頭和屏蔽罩的表面進(jìn)行改善，提高它的擊穿電壓和長(zhǎng)期工作時(shí)的穩(wěn)定性。

老煉即指使電極間受到多次擊穿，使電極表面經(jīng)受離子的轟擊。常用以下幾種方法進(jìn)行：①氣體老煉法；②輝光放電老煉法；③電流老煉法；④火花老煉法[1-2]。

對(duì)于輝光放電老煉,真空室必須先要被抽空到UHV狀態(tài)，再重新充入氣體（通常是氦、氬、氮），直至其壓強(qiáng)達(dá)到10?1～100Pa，然后開(kāi)始在電極間引發(fā)輝光放電。過(guò)一段時(shí)間后，真空室又重新被抽成真空。通常，輝光放電的電流I≈30mA，持續(xù)時(shí)間t=1h。在實(shí)際中，輝光放電老煉法用于大型UHV設(shè)備，例如，離子束分離器。

同樣，對(duì)于氣體老煉，真空室也必須先要被抽到UHV狀態(tài)，然后把氣體（例如氬氣）引入到裝置中，直至壓強(qiáng)達(dá)到10?2Pa。當(dāng)電壓u≥20kV時(shí)，在電極之間開(kāi)始產(chǎn)生1～50μA的預(yù)擊穿電流。在恒定電壓的氣體老煉過(guò)程中，預(yù)放電（發(fā)射）電流一般都是減少而擊穿電壓提高。

對(duì)于電流老煉，則須在觸頭上施加電壓，并以少量不連續(xù)的幅度增加。從而使預(yù)擊穿電流在每一間隔都保持穩(wěn)定。在這個(gè)過(guò)程中，預(yù)擊穿電流電平、噪音電平和隨機(jī)的微放電都將逐漸減弱。場(chǎng)增強(qiáng)系數(shù)β 減小而發(fā)射區(qū)域Ae增加。電流老煉是一種簡(jiǎn)單而常用的技術(shù)，最佳的老煉電流值取決于電極的光潔度和觸頭所用材料的熔點(diǎn)[3]。

火花老煉是提高真空滅弧室耐壓水平的一種實(shí)用的方法?；鸹ɡ蠠捑褪侵冈陟o態(tài)情況下給真空滅弧室施加高電壓（直流、工頻或沖擊）引起觸頭間及觸頭與屏蔽罩間強(qiáng)烈的火花放電。通過(guò)火花放電的作用，消除觸頭和屏蔽電極表面的高β 發(fā)射點(diǎn)[4]。

對(duì)于真空的滅弧室而言，由于不能進(jìn)行充放氣因而輝光放電老煉法和氣體老煉法都不能夠?qū)嵤?。電流老煉法主要用于除去電極表面的氣體、氧化物和一些雜質(zhì)，對(duì)于大電流的開(kāi)斷和抑制NSDD有效?；鸹ɡ蠠挿芴岣哒婵諟缁∈业哪蛪核?。本文為電流老煉法的一種試驗(yàn)回路。

1　試驗(yàn)原理

本回路不需要大容量的網(wǎng)電，只需低電壓即可，用整流回路對(duì)電容器進(jìn)行充電，利用電容器所存儲(chǔ)的能量，對(duì)真空滅弧室提供要求的電流。所以不用大的投資即可實(shí)現(xiàn)真空滅弧室的老煉，提高滅弧室的性能。真空滅弧室開(kāi)斷時(shí)，利用燃弧的過(guò)程對(duì)觸頭表面進(jìn)行老煉，開(kāi)斷結(jié)束后試驗(yàn)回路產(chǎn)生高電壓，使真空間隙再次擊穿，對(duì)其再次進(jìn)行老煉，從而使老煉效果得到很大的提高。

試驗(yàn)原理圖如圖1所示。

圖1　斷路器的老煉試驗(yàn)原理圖

對(duì)電容器充電的回路原理圖如圖2所示，使用變壓器對(duì)低壓電進(jìn)行升壓，再采用二極管的倍壓方法，即可產(chǎn)生所需的充電電壓對(duì)電容器充電。

圖2　電容器充電的回路原理圖

電容器充電回路原理如下：變壓器副邊正半周時(shí)（上正下負(fù)），電容器C1充電；變壓器副邊負(fù)半周時(shí)（上負(fù)下正），電容器CX兩端電壓為變壓器副邊電壓的2倍。

2　數(shù)學(xué)模型

對(duì)斷路器的老煉有老煉電流和高電壓的要求。下面以老煉電流：630A、高電壓：32.7kV為例進(jìn)行參數(shù)的計(jì)算及元件的選擇。

根據(jù)要求可以導(dǎo)出

式中，I0= 630，f0=50Hz 。

按要求可求得：L1=82.61mH 。

該設(shè)備上最高電壓：46.25kV。

最高電流：1.782kA。

真空滅弧室短路時(shí)，C1和C2為并聯(lián)關(guān)系，設(shè)為C0，則

按要求可求得

即C1=C2=C3=61.3μF。

C1、C2、C3設(shè)備上最高電壓：46.25kV。

最高電流：630A。

C1、C2、C3可選用20μF/30kV的電容器，每組6臺(tái)并聯(lián)，2組串聯(lián)。

若要求恢復(fù)電壓也為50Hz則需補(bǔ)償電容器C3，否則不需要補(bǔ)償電容器C3支路。

3　仿真波形

按計(jì)算所得參數(shù)采用ORCAD軟件進(jìn)行仿真，連接了補(bǔ)償電容器C3，所產(chǎn)生的回復(fù)電壓為交流50Hz，與電網(wǎng)的頻率一致。波形圖如圖3所示。

圖3　真空滅弧室老煉的仿真波形圖

4　試驗(yàn)方法

1）U1合閘即真空滅弧室處于合閘位置；U3分閘；U2、U6合閘。

2）利用充電回路對(duì)C1、C2、C3同時(shí)充電，然后分開(kāi)U2、U6，分離充電裝置。

3）開(kāi)始老煉，U2、U3同時(shí)合閘，在頻率周期的整數(shù)倍時(shí)的電流零點(diǎn)，真空滅弧室開(kāi)斷電流，若有C3支路則同時(shí)U6合閘。

4）老煉結(jié)束后放電，準(zhǔn)備下一次老煉。

5　結(jié)論

本文分析計(jì)算了一種真空滅弧室老煉的回路，建立了數(shù)學(xué)模型。利用低壓電即可進(jìn)行老煉工作，使運(yùn)行的成本降低，提高了真空滅弧室的性能，可供真空滅弧室制造廠家作為參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 何俊佳, 鄒積巖, 程禮椿. 真空滅弧室的火花老煉[J]. 高壓電器, 1994(1): 18-21.

[2] 王衛(wèi)斌, 楊蘭均, 馮允平. 提高真空滅弧室老煉效果的幾種新方法[J]. 高壓電器, 1999(3): 40-43.

[3] 張國(guó)明, 陳曉東, 謝錫華, 等. 10kV真空開(kāi)關(guān)老煉技術(shù)及其效果述評(píng)[J]. 高電壓技術(shù), 1994, 20(1): 52-55.

[4] 馮淑秋. VCB 真空滅弧室的火花老煉法[J]. 電氣開(kāi)關(guān), 1998(2): 11-15.

張松（1983-），男，工程師，從事高壓電器合成試驗(yàn)工作。

The Aging Test Circuit Used for Vacuum Interrupter

Zhang SongZhang ZhonghuaWang Yang
(Liaoning High Voltage Apparatus Test Center of Product Quality, Shenyang110122)

Abstract A test circuit parameters for vacuum interrupter aging test is analysed and calculated , and gives the simulation waveforms of the circuit components, the control is easy, can be used in practice, reaches the vacuum interrupter aging purposes.

Keywords：aging test; vacuum circuit breaker; test circuit; vacuum interrupter

作者簡(jiǎn)介