对高压断路器Cu W触体侵蚀的调查参考.docVIP

对高压断路器Cu/ W触头侵蚀的调查 JensTepper,MartinSeeger,Member,IEEE,TorstenVotteler,VolkerBehrens,and ThomasHonig 摘要:预测和理解高压断路器的Cu/ W触头电弧接触的侵蚀过程对提高断路器的寿命很重要。由于侵蚀导致的几何接触变化是影响断路器寿命的一个主要因素。据了解，触点材料的烧蚀至少取决于像电弧电流幅度，燃弧时间，总电量，和触头材料性能等参数。在实验结果的基础上，得到了一种改进预测侵蚀的方法。实验已经实现了对SF6自爆断路器测试装置随商业高压断路器触头当电流幅度高达45 kA和燃弧时间达17毫秒时的试验。根据电极能量平衡，由蒸发引起的材料的侵蚀可以计算出来。由此产生的侵蚀率与实验结果相吻合说明了具体侵蚀规模与电流，极性和燃弧时间有关。这表明，在这个范围内的电弧侵蚀主要由于触头材料的蒸发和辐射。 关键词:电弧接触，铜钨，侵蚀，高压断路器。 Ⅰ. 简介 高压断路器电弧作用导致触头材料在电弧接触时被腐蚀。由于侵蚀，从而对触点几何接触产生的变化是决定了断路器使用寿命的一个主要因素。截至目前，高压断路器触头侵蚀预测常用的方法是基于文[1]的实验研究结果。本文的目的是介绍一个基于物理冲刷弧电极相互作用模型的触头腐蚀预测的改进方法。在过去，文[2] -[6]已经完成了一些电弧电极相互作用的调查研究。这些出版物中常见的方法认为电极材料的蒸发是由于电极 表面的发热的结果，例如由于电弧辐射和 发热导致电极下降。 此外，文[7]认为腐蚀导致电极材料放射金属粒子。从其他出版物了解到，电弧接触时的质量损失涉及到电荷量通过电弧作用传递使得电流增大[8]，侵蚀取决于接触电极[9]。文[10]提出了一种考虑由于接触热传导导致的功率损耗的一维接触模型用于对不同的铜/钨含量的材料的触头腐蚀的估算。 图1.实验设置 在本文中，电弧接触侵蚀是对高压断路器应用的研究。对传统的铜/钨电弧触点的断路器在电流幅度高达45 kA和燃弧时间达到17毫秒时进行了实验。对如接触极性和燃弧时间参数对接触磨损的影响进行了研究。 从实验结果和理论分析，推导出了一种在给定的应力范围内腐蚀的计算方法。 Ⅱ 实验研究 A.设置 实验中测试电路所用图1所示。充电后的电容器组发出的测试电流幅值在3 kA到约45 kA。用20 MF至80 MF的电容器组和100uH至500uH的电感，50Hz和29Hz的频率分别产生不同幅值的电流。通过测试设备的电压用一个阻容分压器测量，通过测试设备的电流用一个电阻分流器测量。进一步测量了压力（压电换能器）和接触行程（线性电位器）。所有信号均用数字存储示波器（500兆赫带宽）进行了记录。随着测量分别确定了行程，和通过测试设备的电压，燃弧时间和接触分离时间。从测得的电流和接触分离时间，可计算出通过测试设备的电荷量。 图2. 灭弧室的测试设备（自爆炸断路器）示意图. 图3. 典型的电流和电压波形示意图. 使用一个伴有传统高压断路器开关触头的自爆断路器测试装置。在测试设备??中充满了5 bar绝对压力的SF6气体。图2显示了灭弧装置绘制示意图。最大接触行程为70毫米和接触速度为5米/秒。喷嘴的布置是比较典型的高压断路器布置。塞子的半径为8.5毫米。所用的标准弧触头材料中包含大约80 +/ -3％的重量钨和20 +/ -3重量％的铜。它是一种烧结物质并显示一个钨骨架。钨的平均晶粒尺寸约为14um。测试前后确定触头的重量的准确性低于5 *10-6kg。 图3显示了一个实验典型的电流和电压波形。正如在图3中，只测试了一个极的电流脉冲。 B. 步骤 一般来说，实验前后分别对灭弧接触重量进行测定。实验结束后在非侵蚀地区清理电弧接触以便达到更高的称量精度。 每个实验由一组电弧操作组成。这个数字被选为总费用之一，通过测试设备的电弧约2000As到3000作As。在一次实验中，电弧时间，所有的接触的极性和电弧电流的幅度约为常数。由于每个实验结果的特定接触侵蚀计算为质量损失率和通过电弧的总电荷（测量不确定度的8％） （1） 图4. 在不同电流幅度和极性的具体侵蚀 随着开断次数i，每次开断的质量损失mi，可电荷量Qi. (2) i（t）-瞬间电弧电流，tArc-总燃弧时间和IRMS-燃弧时间内的平均电流值。正弦电流波形电量约等于IRMS和tArc产生的量。 在一项实验中一个特定的侵蚀也代表了一次开断操作。 最大燃弧时间总是低于一个半周期。对于9毫秒和5毫秒燃弧时间实验以50Hz的频率和17毫秒燃弧时间实验以29Hz的频率。 在下面，电流的幅度将以平方方根值（RMS）给出。纵观本文中的具体侵蚀百分比与对应的典型模型相一致，平均有效电弧的下降电压值和触头