發(fā)布時(shí)間：2020-04-02 01:07

【摘要】：電力系統(tǒng)中的電流開斷、關(guān)合等操作均由斷路器實(shí)現(xiàn)。真空開關(guān)具有介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)速度快、滅弧能力強(qiáng)、操作壽命長(zhǎng)、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn),在中高頻直流開斷及航空航天領(lǐng)域具有相當(dāng)?shù)膽?yīng)用優(yōu)勢(shì)。與工頻電弧相比,中高頻真空電弧的燃弧時(shí)間短、di/dt大、恢復(fù)電壓上升率高,對(duì)滅弧室的開斷能力提出了更嚴(yán)苛的要求。本文在工頻電弧的研究基礎(chǔ)上,主要針對(duì)真空滅弧室的中高頻電流開斷能力、電弧動(dòng)態(tài)特性及其對(duì)弧后介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程的影響規(guī)律進(jìn)行研究。論文首先對(duì)單頻交流真空電弧理論模型進(jìn)行計(jì)算,分析燃弧階段影響滅弧室開斷能力的主要因素。計(jì)算結(jié)果表明,燃弧過程中,真空電弧的集聚與否主要與電弧的擴(kuò)散速度及電流上升率有關(guān),擴(kuò)散速度越快,電流上升率越小,電弧越不容易集聚;弧后介質(zhì)恢復(fù)過程中,1kHz~10kHz條件下,電流幅值越大、頻率越高、電弧的分布面積越小,鞘層生長(zhǎng)速度越慢;電流頻率越低、幅值越大,金屬蒸氣密度越小。同時(shí),對(duì)于中高頻開斷,電流幅值相近時(shí),其鞘層生長(zhǎng)時(shí)間較工頻而言高1~2個(gè)數(shù)量級(jí),弧后發(fā)生重?fù)舸└怕曙@著提高。為了研究中高頻電流開斷電弧動(dòng)態(tài)特性,論文設(shè)計(jì)中高頻開斷實(shí)驗(yàn)回路及電弧形態(tài)觀測(cè)系統(tǒng),對(duì)真空電弧形態(tài)及實(shí)驗(yàn)波形進(jìn)行測(cè)量,結(jié)合圖像數(shù)字化處理方法對(duì)真空電弧的形態(tài)特征參數(shù)進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)di/dt小于100A/μs時(shí),電弧的起始擴(kuò)散速度近似與di/dt呈正比,超過此范圍后擴(kuò)散速度存在飽和現(xiàn)象。當(dāng)電弧未擴(kuò)散至整個(gè)觸頭表面時(shí),電弧的最大直徑近似與電流幅值呈正比,與電流頻率呈反比,并通過擬合的方式得到了電弧最大直徑關(guān)于電流頻率及幅值變化的公式。最后給出了不同頻率下的開斷極限:隨著電流頻率的提高,滅弧室的開斷能力呈下降趨勢(shì),但頻率高于一定值(本文中為3kHz)時(shí),電流的開斷能力變化不明顯。
【圖文】：

圖 1-1 工頻真空電弧形態(tài)轉(zhuǎn)變過程通大學(xué)史宗謙、賈申利、宋曉川等人利用可拆滅弧室進(jìn)行了觀測(cè)，研究了開斷電流有效值 5~20kA 條件下陰極斑點(diǎn)的形，陰極斑點(diǎn)的初始擴(kuò)散呈圓面分布，其中大多數(shù)陰極斑點(diǎn)域中[13]，圓面內(nèi)部陰極斑點(diǎn)較少。在燃弧的前 1ms 內(nèi)，陰極，在一定范圍內(nèi)隨電流幅值增大而增大；此外，陰極斑點(diǎn)擴(kuò)鞍形磁場(chǎng)的電弧初始擴(kuò)散速度高于鐘形磁場(chǎng)。文獻(xiàn)[14]在電觀察到了團(tuán)狀陰極斑點(diǎn)，團(tuán)狀陰極斑點(diǎn)位于弧根邊緣，其向斑點(diǎn)。文獻(xiàn)[15]還研究了不同起弧位置對(duì)電弧特性的影響，實(shí)頭，相較于中心起弧，觸頭邊緣起弧時(shí)，由于電極邊緣的磁離子體的損失都更為嚴(yán)重，電弧電壓更高，并在電弧電壓波時(shí)，，觸頭中心起弧時(shí)的電弧電壓曲線更為平滑，噪聲較小華軍等人利用圖像數(shù)字化處理技術(shù)對(duì)真空電弧燃弧過程電

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文c e e e i i iJ n q v n q v Z，ne和 ni為電子和離子的密度；qe和 qi為電子和離子的電荷量e q 子和離子速度；Z 為離子平均電荷數(shù)。假設(shè)等離子體為中性，且電進(jìn)行軸向運(yùn)動(dòng)，則式（2-12）可表示為( ( ) ) ( )c i e i i e iJ n ev Ze v n e v Zv流過零前，電子速度遠(yuǎn)大于離子速度，ve大于 Zvi，但在電流下降速。由于離子質(zhì)量相較于電子質(zhì)量高幾個(gè)數(shù)量級(jí)（電子質(zhì)量為 9.量為 1.056×10-25kg），可認(rèn)為離子速度的衰減可以忽略，離子速點(diǎn)處，ve與 Zvi相等，宏觀表現(xiàn)為 Jc=0。電流過零后，電子速度繼子速度降為 0，隨后開始反向運(yùn)動(dòng)。此后離子鞘層開始建立并耐受[32]。層發(fā)展階段
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM561

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2611222