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丨科技

:论述

真空电弧过零熄灭后介质恢复过程
的测试

研究弧隙的介质恢复现象对所有开关电器来说 都具有十分重要的意义，对真空开关当然也不例外。 当真空开关在切断工频交流的过程中，在电流接近 正弦波的零区附近时，由于阳极斑点的不稳定性， 可能在正弦波电流还未到达零点以前就熄灭，同时 电流将急剧下降到零。这时，尽管等离子体的发射 过程已经停止，但间隙之间仍有残余的离子、电子、 金属蒸气和一些微粒存在。在大电流时，电流过零 后电极还会向外蒸发金属原子。这些残余物质需要 经过一定的时间才能消失，而只有随着残余物质的 逐渐消失，间隙才能承受较高的外施电压。在实际 的电流切断后间隙上会立即出现电压的恢复过程， 如果间隙能承受住恢复电压，就能顺利地切断电路， 否则，间隙将被恢复电压击穿而重新出现强电流的 电孤。因此，对间隙电强度恢复过程的研究，对实 际应用具有一定的指导意义。

对真空电弦过零后间隙电强度恢复过程的研 究，就是要找出触头材料、几何尺寸、真空度和开 断电流等对介质强度恢复过程的影响，而要达到这 —目的，就必须对真空灭弧室中电弧媳灭后几微秒 到几百微秒内的介质恢复过程进行测童。

在现有的测量方法中，一般就是将交流电源跨 接在被试真空灭弧室触头的两端，让其在分断过程 中产生电弧。当正弦电流过零（或接近过零）时切 断电流，用快速开关隔离交流电源，然后将直流或 几个微秒宽的脉冲电压加到触头两端，使真空灭弧 室的两触头之间被击穿。选择在电孤媳灭后的不同 时间间隔将电压加到触头两端，并测得击穿时的电 压值，便可进行大童连续的试验，以研究介质强度 恢复与时间的关系。

在国外的一些文章中，对介质强度恢复过程的 测童已给出了一定的数据和分析，但由于这些文 章并没有给出具体的装置实现方法，也没有说明如 何解决测貴过程中所遇到的问题，因而对我们进行

王季梅、李宏群（西安交通大学）

实际的研究并不能有很大的帮助。现将我们在这方 面所做的工作介绍如下。

我们在进行介质强度测置的工作中，用我们实 验室合成回路⑵的电流源部分作为电源，向被试品 提供燃弧时所需的电流。图1示出电流源的电路图。 图中，r为电容器组，每组电容量等于16800MF; 乙为电抗器，每组电抗值为603MH。通过投入L <7 并联支路数的多少及充电电压的大小，可以调节放 电电流，使之在1〜60kA的范围内变化。放电电流 为50H_ZE弦电流。试验时，在被试真空开关IP触 头分开前先引入一个引弧电流,这由闭合开关S 1来 完成，其大小由电阻K来确定。一般调节引弧电流 在50A到200A之间。当用呂₂短接电阻《时，预先 确定的正弦电流通过触头间隙。电流过零时电弧被 媳灭，整个电流波形如图2所示。必须指出，与被 试真空开关串联的快速隔离开关IS是与被试品同 时动作的，当电流过零时用它将被试品和电源分开。

图1合成回路电流源部分

is—快速隔离开关_：IP—被试灭弧笮

图2 试验中的电流波形

1 一引弧电流；2—预定的正弦电流

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图4 脉冲变压器磁心

图7 几套放电设备依次放电产
生脉冲时的主脉冲变压器

真空电弧电流过零嫌灭后，触头间隙介质开始
恢复，这时可将脉冲发生器所产生的脉冲电压在一
定的延时后加在被试品两端。对于恢复过程较短的
试品，可采用图3所示的脉冲发生器。图中，(:，和
C₁都預先充好电，当晶阐管接到同步检零及延时
装置发来的触发信号时就导通,使C,向脉冲变压器
T,的黡边放电。这样在T,的明边就会输出一个较
离的触发点火球篇的脉冲电压，该电压使点火球麒
G导通。这样，就在主脉冲变压器T_j的副边得到一
个講变振荡型的脉冲电压。将该电压加在被试品两
纗，并使被试品击穿，测得击穿电压的輻值，便可
得到该时刻的介质理度。

Cl

图3脉冲发生器

T,、T:—脉冲变压器；

G—点火空气球陳

主脉冲变压器T_j是用铁氧体环状磁心绕制而 成的。在试验中将两个相同的脉冲变压器串联使用 以减小变压器线匝间的电压值。磁心的尺寸如图4 所示。在绕制脉冲变压器时，要注意线租间和线匝 与磁心的绝缘问思。我们对几种匝数比进行了试 驗，最后选定原边为2 E,副边为30匝，这样在<：₂ 充电为8500V时可得到6〇kV的脉冲电压。电压的 波形如图5所示。该波形的第一个上升沿约为30 kV/ns。

图5空载脉冲变压器输出波形 第一个波®于第二个波是由于有初始*化，做几次 脉冲后便可消失。照片中»形上部由于a出照相机 所拍范困而被截断

在上面已经提到，这种脉冲发生器可用于恢复 过程完成较快的试品，因为这时若每一个半波都梢 间隙击穿，只用一套放电设备便可得到恢复特性曲 线。这时的波形如图6所示。如果我们只要单边的 恢复电压时，可在真空灭孤室两端并联一高压整» 硅堆，这样就可把相反的电压短掉。

图6前几个波击穿*后间篇的情况

对于恢复过程较长的试品（如几百微秒以上） 可以在上述的脉冲变压器原边再加上几套放电设 备，’这样在不同的延时时刻使每一套放电设备依次 放电，便可得到几个脉冲。这时脉冲变压器的电路

如图7所示。

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上面给出了现有脉冲发生雜的输出脉冲波形，
该波形是一个振荡型的，这主要是因为脉冲变压器
的原边是用空气点火间陳接通电路的。由于空气点
火间s导通后的介质恢复过程很镘，a而期使c,和
T ₂长时间地接通。如果只要一个单脉冲（至少在击
穿时是这样)，空气点$球«««必须用真空触发间陳
来代替。            ，

在上述的整个过程中，最重要的就是如何将脉

冲发生器准时投入使用。在我们的试脍中，是用电 压比较器来检测电流过零点，然后经所需的M时后 触发晶闸管。由于需要得典准确的过零时刻，因此 必须使电压比较器的标准靖的电压足够地小，且在 输入的电路上不能加#1波器。这就产生一个非常严 重的问題，即误动作。因为在试tt时毎一个辅助开 关或较大的接触器的动作都会在电压比较器的输入 埔产生一个信号使其翻转，这也是在大电流场合期 电控制的一个难以解决的问鼉〇为了克服误动作， 我们根据实际的特殊情况设计了间步检零延时电路 路，如图8所示。

图9同步装置输入墙的波形 A间为干扰信号

迟，这是由于ft体管、晶》管及点火间朦1»有一定 的鏟时。在我们的电赂中，从电流过零颺发出触发 晶IW管信号之间的鳜时小于1*MS，ftM管的导通时 间小于IMS，点火间Ht导通的时间是不定的，一般 在1~20卵之间（这是根据所拍的照片来瘺定的， 这里认为示波1»的K时可以ft略不计)•>如果需要电 流过零后零点几个微秒里的恢ft电压，就必须在电 流过零前某一时》就使网步装置动作，这ttll事比 较ft杂的实IHHt和控M电路。

图8间步检零％时电路

现在根据输入埔得到的电压波形来分析电路的

工作。输入端所得到的信号波形如田9所示，电流
信号前区间中的波形就是辅助开关动作时产生的
千扰信号，它一般会引起同步装置的误动作。但采

用图8所示的电路后，就可防止这类干扰倌号的破
坏作用。当电压比较器输入端有大于零的电位时，

电容器C•上就开始充电，只有C上的电压被充至大
于稳压管W的稳压值时，在输入靖电位小于等于零
时，电路的输出端才会发出触发脉冲。由于选择了
适当的/f C值，使在时间内C上的电压小于稳压
管的稳压值。这样虽然在r,内有输入靖电位为零的
时_，但并不发生触发》冲，这样就起鰂了抗干扰

的作用•这种电路也可用于其它大电Jt场合H电控              囲1〇实际所测的籌分波形

像齡情况                                               *〉鹰时约78ms丨b>鹰时约KMMa

^V⁰ ^^                                            O駑时的78ns丨d>嫌时约l〇4|ia

应当注童的是，控_电||中总有一定的时间延              ^e)      全长为80kV,    时麵,毎格

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