[发明专利]一种用于双断口真空开关均压的三阶段速度控制方法

说明书

本发明属于真空开关均压领域，涉及一种用于双断口真空开关均压的三阶段速度控制方法。本发明通过控制真空开关操动机构的分闸速度，按照三阶段速度调控方法，改变了电弧电流上升阶段与熄弧阶段电弧的形态，进而影响弧后介质强度恢复过程，起到了均衡双断口真空开关恢复电压的作用，减小了真空开关均压电容的使用，延长了操动机构的使用寿命。

技术领域

本发明属于真空开关均压领域，涉及一种用于双断口真空开关均压的三阶段速度控制方法。

背景技术

真空开关由于触头间的绝缘强度与距离之间的饱和效应，使得单断口真空开关很难向着更高电压等级发展。通过多个断口串联的多断口真空开关可以弥补这个缺点，但与之而来的均压问题也成为了研究的难点。近年来，常通过采用外部的均压电阻、均压电容来均衡恢复电压，但外部的均压措施会带来种种弊端，如较小的均压电阻所需的热容量大，影响开关正常开断，过大的均压电容会与电路中的感抗产生铁磁谐振，危害设备安全。磁场及速度等内部均压措施对真空开关均压影响的研究正在快速发展。与此对应，通过速度均衡真空开关的恢复电压也就对速度的调控方法提出了更高的要求。首先，过快的分断速度会损害设备的使用寿命。其次，开关的分断速度不是越快越好，多断口开关需要彼此配合，整个双断口开关不会因为一个灭弧室发生击穿而导致开断失败。最后，速度的调控是希望改变弧后介质恢复速度，弧后介质恢复速度又与电弧形态相关，这就要求速度调控要与电弧形态相配合。在此背景下，本发明提出了一种用于均衡双断口真空开关恢复电压的三阶段速度控制方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是通过控制真空开关操动机构的分闸速度，按照三阶段速度调控方法，改变电弧电流上升阶段与熄弧阶段电弧的形态，进而影响弧后介质强度恢复过程，实现均衡双断口真空开关恢复电压的作用。

本发明的技术方案：

速度的调控是通过控制电弧电流上升阶段与熄弧阶段的电弧形态，从而改变弧后的介质恢复强度，实现承担电压能力的均衡。双断口真空开关还牵扯到彼此之间速度的配合，不追求单个断口分断能力的最大，而是能够实现两个断口分断能力的提升。在分断的最后阶段要使速度降低，既达到减少触头抖动稳定电压、减小机构动作分散性的作用，又能够减少设备的碰撞损耗，延长设备的使用寿命。

1.第一阶段：电弧电流上升阶段的速度控制(Ⅰ第一阶段)。

第一阶段是从触头开始动作，电弧电流开始上升，到电弧电流最大处结束。介质恢复阶段是指触头间隙从燃弧期间的高导电状态恢复到绝缘状态的过程。当机构开始分闸时，触头接触面积逐渐减少，接触电阻增加，形成熔融的金属桥。随着开断的进行，金属桥发生崩裂，散发出大量的熔融蒸汽。这些金属蒸汽进入狭小的触头间隙中，形成桥柱电弧。随着开断的继续进行，桥柱电弧会转变为集聚形电弧，阳极斑点生成，并在电流减小后转变为扩散电弧至熄灭。较高的分闸速度能够使强电弧模式快速转变为扩散态模式，减小电弧对触头的烧蚀，使极间等离子体数目减少，对后续介质恢复强度产生的影响如式(1)所示。

其中，S为鞘层厚度，V_R为瞬态鞘层压降，V₀为初始鞘层压降，e为离子电荷，n₀为离子体密度，ε₀为真空介电常数。当分断速度越快，断口间的离子体密度n₀越小，鞘层的厚度就越大，承担恢复电压的能力也就越强。双断口真空开关的操动机构的电磁力表达式为：

其中，ΔW_m为操动机构动作过程中电能转化的磁能，Δδ为气隙值，ψ为操动机构线圈磁链，ψ_s为磁链稳定值，i为通过线圈的电流值。电磁力转化为机构的动能，得到第一阶段的操动机构速度表达式如式(2)所示。