用于真空斷路器滅弧室老煉的一種回路

張　松　張忠華　汪　洋

（遼寧高壓電器產品質量檢測有限公司，沈陽　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

（遼寧高壓電器產品質量檢測有限公司，沈陽110122）

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

關鍵詞：老煉試驗；真空斷路器；試驗回路；真空滅弧室

真空斷路器具有優異的性能，在中壓領域已經居于主導地位，并邁向高電壓的領域。真空斷路器的最主要部件為真空滅弧室，目前主要從三個方面來提高其性能：

1）采用新材料來制作滅弧室觸頭；

2）利用計算機的技術優化滅弧室結構；

3）采用老煉的方法對觸頭和屏蔽罩的表面進行改善，提高它的擊穿電壓和長期工作時的穩定性。

老煉即指使電極間受到多次擊穿，使電極表面經受離子的轟擊。常用以下幾種方法進行：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]。

對于輝光放電老煉,真空室必須先要被抽空到UHV狀態，再重新充入氣體（通常是氦、氬、氮），直至其壓強達到10?1～100Pa，然后開始在電極間引發輝光放電。過一段時間后，真空室又重新被抽成真空。通常，輝光放電的電流I≈30mA，持續時間t=1h。在實際中，輝光放電老煉法用于大型UHV設備，例如，離子束分離器。

同樣，對于氣體老煉，真空室也必須先要被抽到UHV狀態，然后把氣體（例如氬氣）引入到裝置中，直至壓強達到10?2Pa。當電壓u≥20kV時，在電極之間開始產生1～50μA的預擊穿電流。在恒定電壓的氣體老煉過程中，預放電（發射）電流一般都是減少而擊穿電壓提高。

對于電流老煉，則須在觸頭上施加電壓，并以少量不連續的幅度增加。從而使預擊穿電流在每一間隔都保持穩定。在這個過程中，預擊穿電流電平、噪音電平和隨機的微放電都將逐漸減弱。場增強系數β 減小而發射區域Ae增加。電流老煉是一種簡單而常用的技術，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[3]。

火花老煉是提高真空滅弧室耐壓水平的一種實用的方法。火花老煉就是指在靜態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烈的火花放電。通過火花放電的作用，消除觸頭和屏蔽電極表面的高β 發射點[4]。

對于真空的滅弧室而言，由于不能進行充放氣因而輝光放電老煉法和氣體老煉法都不能夠實施。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，對于大電流的開斷和抑制NSDD有效。火花老煉法能提高真空滅弧室的耐壓水平。本文為電流老煉法的一種試驗回路。

1　試驗原理

本回路不需要大容量的網電，只需低電壓即可，用整流回路對電容器進行充電，利用電容器所存儲的能量，對真空滅弧室提供要求的電流。所以不用大的投資即可實現真空滅弧室的老煉，提高滅弧室的性能。真空滅弧室開斷時，利用燃弧的過程對觸頭表面進行老煉，開斷結束后試驗回路產生高電壓，使真空間隙再次擊穿，對其再次進行老煉，從而使老煉效果得到很大的提高。

試驗原理圖如圖1所示。

圖1　斷路器的老煉試驗原理圖

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

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（上正下負），電容器C1充電；變壓器副邊負半周時（上負下正），電容器CX兩端電壓為變壓器副邊電壓的2倍。

2　數學模型

對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為例進行參數的計算及元件的選擇。

根據要求可以導出

式中，I0= 630，f0=50Hz 。

按要求可求得：L1=82.61mH 。

該設備上最高電壓：46.25kV。

最高電流：1.782kA。

真空滅弧室短路時，C1和C2為并聯關系，設為C0，則

按要求可求得

即C1=C2=C3=61.3μF。

C1、C2、C3設備上最高電壓：46.25kV。

最高電流：630A。

C1、C2、C3可選用20μF/30kV的電容器，每組6臺并聯，2組串聯。

若要求恢復電壓也為50Hz則需補償電容器C3，否則不需要補償電容器C3支路。

3　仿真波形

按計算所得參數采用ORCAD軟件進行仿真，連接了補償電容器C3，所產生的回復電壓為交流50Hz，與電網的頻率一致。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C1、C2、C3同時充電，然后分開U2、U6，分離充電裝置。

3）開始老煉，U2、U3同時合閘，在頻率周期的整數倍時的電流零點，真空滅弧室開斷電流，若有C3支路則同時U6合閘。

4）老煉結束后放電，準備下一次老煉。

5　結論

本文分析計算了一種真空滅弧室老煉的回路，建立了數學模型。利用低壓電即可進行老煉工作，使運行的成本降低，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

[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] 張國明, 陳曉東, 謝錫華, 等. 10kV真空開關老煉技術及其效果述評[J]. 高電壓技術, 1994, 20(1): 52-55.

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

張松（1983-），男，工程師，從事高壓電器合成試驗工作。

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

作者簡介