高速開斷器用橋絲式電火工品引燃特性分析

張金成 劉昕宇

江西新余國科科技股份有限公司（國營九三九四廠） 江西 新余 338000

引言

高速斷開器的實際應用結合當代艦船所能提供的綜合電力系統,判斷分析高速斷開器,根據其自身特點如:電流進行分段反應迅速、損耗較低、對于強效電流有控制力、占地面積不大等優勢。根據基礎電流傳感所發生的短路傳輸信息,判斷火工品的實際斷路情況。結合現有裝置運用源頭的可塑性發出電弧觸發器應有的傳感作用。按照電火流的產生情況分析出電弧觸發器在電流傳感一系列的。電弧的弧長必須穩定,電弧就會這里影響最大的是電弧燒蝕使得電極間隙增加。流過電弧的電流必須穩定,否則電弧就不能穩定;如果出現燒蝕接觸不良,則電弧就會因此而熄滅。在實驗室,因為碳電極燒蝕比較嚴重,實驗員曾經用不銹鋼代替碳電極,結果燒蝕更嚴重,而且還會粘連。另外,碳電極的固定件是不銹鋼管外套瓷管,不銹鋼管用于電氣接線,而瓷管則用于絕緣。電弧的熱傳導散熱就來源于這里。碳電極的外套瓷管因為高溫很容易破裂,而不銹鋼套管以及其上的接線因為高溫而發紅,電線燒灼厲害,電線外圍的絕緣層都燒焦冒煙,電接觸的效果較差。系統反應中所帶來的容器溫度較高。結合上升時期的熔斷所產生的電弧和電壓大功率變換器,所采用的電力電子器件按照容量及耐壓情況由高到低,主要有可控硅晶閘管、矩形脈沖斷開閘流晶體管、金屬氧化物場效應晶閘管、絕緣柵雙極晶體管、集成門極換向晶閘管等設備,利用對電熱的影響,驗證其實驗的準確性。

1 基本結構及原理

金屬橋絲式火工品的主要原理及應用屬性。根據安裝設施,電力設備的量及電極塞。金屬橋絲實驗所用的藥劑設備管殼組裝而成。電極塞所采用的連接模式是基于橋絲方位的焊接固定在兩極引腳的位置上,以此來阻礙電流所產生的高溫。在使用過程中配上系數最小的鎳鉻絲。伴隨著消耗電力的日益增長,要求電力系統的容量增大,這引起系統的故障短路電流增大,而目前低壓空氣斷路器的最大分斷能力不能滿足斷流要求,即保護裝置的斷流容量限制了艦船電力系統容量的增大。采用中壓系統可以減小短路電流的絕對值,增大電力系統的極限容量,緩和這個矛盾。發電機和負載電機的單機容量增大,如仍采用低壓,則制造困難,而且不經濟。配電系統容量增大,若采用低壓,電纜用銅量大,布線施工困難且不經濟。根據斷條絲通電后產生的熱量結合斷橋私產生的英英有溫度推算出該段橋絲導熱溫度有上升趨勢。該段橋絲所產生的溫度較高,具有明顯的散熱功能。藥劑所產生的熱能升溫比較平緩,相對斷橋絲通電產生的熱能較為穩定。當該階段橋絲上升到一定溫度時藥劑反應所產生的熱能大大增加,溫度上升所帶來的熱能損耗不宜與計算。經實驗表明將該階段的熱能反應進行分析其第一階段的反應,根據溫度的快慢所產生的傳感速度,由于橋絲本身的長度所受電流的影響。根據第二批段的反應所用藥劑引起了熱能迅速升溫,再根據藥劑所增設的引燃功效所蘊含的熱能傳輸發生變化。熱能經過傳導,使藥劑屬性進行分散引起熱能引爆。本文針對高速開斷器用橋絲式電火工品的點 火電壓由電弧觸發器弧壓提供,而不同短路工況下電弧觸發器熔斷所產生的點火弧壓差別較大的問題,在分析火工品引燃過程的基礎上,重點就橋絲弧前階段的火工品電熱過程,采用仿真平臺中模塊建立了其瞬態電熱場耦合計算模型,并開展了相關試驗研究。分析發現,可通過計算不同點火電流下橋絲的弧前時間來預測火工品的引燃時間。對比仿真與試驗發現,電流超過5 A時,恒定電流加載分析與實際不相符。根據該分析,從等效電路方面入手,在仿真中添加外電路模塊以模擬真實的點火回路電容放電過程,優化后的仿真模型計算與試驗結果擬合較好,該模型更適用于橋絲弧前時間的分析。

圖1 橋絲式電火工品

2 模型的建立

按規定的試驗程序所規定的條件,斷路器能分斷短路電流的能力,試驗后不要求斷路器連續承載其額定電流。用預期分斷電流表示。試驗順序O-t-CO。O表示一次分斷操作、CO表示閉合操作后經一適當時間間隔緊接著一次分斷操作。表示兩個相繼的短路操作之間的時間間隔。該時間間隔應斷路器的復位時間,把線路的電流調整到預期的短路電流值,而試驗按鈕未臺,被試斷路器處于合閘位置,按下試驗按鈕,斷路器短路電流,斷路器立即開斷,斷路器應完好,且能再合閘。t為間歇時間,一般為3mn,此時線路仍處于熱備狀態,接通試驗是考核斷路器在峰值電流下的電動和熱穩定性斷路器能完全分斷,則其極限短路分斷能力臺格。額定運行短路分斷能力,按規定的試驗程序所規定的條件,斷路器能分斷短路電流的能力,試驗后要求斷路器連續承載其額定電流。用預期分斷電流表示。可用的百分數表示。例如為25%,試后要求至少分斷額定電流25～50次,按額定電流大小而定。可以看出,額定極限短路分斷能力指的是低壓斷路器在分斷了高速斷路器出線端最大三相短路電流后還可再正常運行并再分斷這一短路電流一次,至于以后是否能正常接通及分斷,斷路器不予以保證;而額定運行短路分斷能力指的是高速斷路器在其出線端最大三相短路電流發生時可多次正常分斷。類斷路器指僅有過載長延時、短路瞬動的斷路器可以是25%、50%、75%和100%。B類斷路器有過載長延時、短路短延時、短路瞬動的三段保護的斷路器的可以是50%、75%和100%,因此可以看出,額定運行短路分斷能力是一種比額定極限短路分斷電流小的分斷電流值。無論是哪種斷路器,雖然都具備兩個重要的技術指標,但是,作為支線上使用的斷路器,可以僅滿足額定極限短路分斷能力即可。較普遍的偏顏是寧取大,不取正臺適,認為取大保險,但取得過大,會適成不必要的浪費同類型斷路器分為高分斷型,因此支淺上的斷路器沒有必要一味追求它的運行短路分斷能力指標。而對于干線上使用的斷路器,不僅要滿足額定極限短路分斷能力的要求,同時也應該滿足額定運行短路分斷能力的要求,如果僅以額定極限短路分斷能力來衡量其分斷能力臺格與否,將會給用戶帶來不安全的隱患。額定短時耐受電流,按規定的試驗程序所規定的條件,斷路器能承受的短時電流值。短時時間應不小于0.05秒,斷路器的額定短時耐受電流應不小于下表的規定,以滿足選擇性保護的要求。建立火工品的瞬態電熱場耦合模型,模型由金屬橋絲和藥劑組成。橋絲為鎳鉻絲,按照其實際尺寸建模,藥劑厚度為0.015mm,長度為0.5mm,即藥劑為內徑0.02mm、外徑0.05mm,長0.5mm的圓環柱體。邊界條件設置為:電流從橋絲的一端流入,從另一端流出;忽略了橋絲與藥劑交界面的熱容和熱阻,認為二者為良好接觸;忽略了橋絲向引腳傳熱;環境溫度為20℃ 。

3 試驗論證及分析

為確保驗證的準確度,就不同點火電流下火工品橋絲的弧前時間及引燃特性進行試驗研究,對限流斷路器和直流快速斷路器要求有較高的限流能,限流系數在0.6以下。要求斷路器有極快的動作速度。限流斷路器的固有動作時間應小于3ms。保護特性就是斷路器的動作時間與電流的函數曲線,橫坐標表示電流（整定電流的倍數）,縱坐標表示時間,以s表示。兩個坐標軸均采用對數坐標。對配電用選擇型斷路器要求有兩段或三段保護特性,上一級的可返回時間要大于下級的斷開時間,否則將破壞系統的選擇性。電動機保護用斷路器則要求長延時反時限特性能盡量與被保護對象的過載特性相配合。需要說明的是,為使斷路器起到良好的保護作用,斷路器的保護特性應與被保護對象的允許發熱特性相匹配,即斷路器的保護特性曲線要位于被保護對象的發熱特性曲線的內側。另外,為實現斷路器具有良好的選擇性保護,防止越級跳閘等現象的發生,要求上一級斷路器的脫扣電流一般要比下一級高兩檔,且上一級最好裝有帶延時動作的脫扣器,以確保動作的可靠性。

種點火條件下,操作性能過去慣稱高速斷路器。現在根據國際標準和我國國標已改為操作性能。操作性能有不通電和通電操作循環次數規定。其次數按斷路器額定電流大小在標準中有明確規定。額定電流大的斷路器操作循環次數較少,額定電流小的斷路器則較多。表示與分斷時間有關的最大值與預期電流（交流對稱有效值）的函數關系（一般為一條曲線）,預期電流可至最大值,是相應于額定短路分斷能力及有關電壓的預期電流。特別是對限流斷路器有較重要的意義,在選擇性配合中可作為配合協調的依據。

4 結束語

本文針對高速開斷器用橋絲式電火工品的點火電壓由電弧觸發器弧壓提供,隨著高速斷路器的不斷完善,引發出可通信問題。在現代自動化配電網中,下級斷路器的各種信息要及時傳送給中央控制計算機。中央控制計算機亦需及時傳送至下級斷路器,實現雙向數據傳輸。這就要求斷路器具有可通信能力,并能支持各種總線系統,采用受熱電的影響其實驗建立的電熱場的使用效果,針對組合數據體現出火電流下橋絲的弧前時間體現出火工品的導熱時間及引燃預期,經過5 A電流時,其原有經過電流與實際對應的電流通過性能是否相符。根據實驗室數據提供高速斷路器該分析,技術人員應該從等效電路導向為基本的方面入手,在仿真中為構造模擬以外的添加式電路模塊,構造以真實參數為基準的真實的點火回路電容,為其正常現實環境下的放電過程,進行改良后的實驗設備與計算數據與所產生的試驗結果進行配比融合,經由多方面比對與數據分析,實驗人員依據實驗結果得出結論,該實驗模型設備構造更適用于橋絲弧前時間的數據分析。