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小型化真空滅弧室設(shè)計(jì)制造的要點(diǎn)

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-10-21     來源:[標(biāo)簽:出處]     作者:[標(biāo)簽:作者]     瀏覽次數(shù):135
核心提示:

  摘要:文章介紹了小型化真空滅弧室具有體積小、電性能及機(jī)械特性要求高和成本低的特點(diǎn),文章圍繞這些特點(diǎn)詳細(xì)論述了小型化真空滅弧室設(shè)計(jì)及制造中需要考慮的要點(diǎn),對(duì)小型化真空滅弧室的研發(fā)具有一定的借鑒作用。

  0引言

  隨著真空開關(guān)技術(shù)的發(fā)展,開關(guān)的設(shè)計(jì)制造水平日益提高,尤其是開關(guān)的機(jī)械特性參數(shù)的越來越科學(xué)和穩(wěn)定,使得滅弧室設(shè)計(jì)不必給過多的裕度就可以滿足開關(guān)的性能要求,滅弧室在結(jié)構(gòu)上也可以向小型化方向發(fā)展。同時(shí),由于固封極柱的出現(xiàn),開關(guān)的體積在減小,那么滅弧室的小型化更是當(dāng)務(wù)之急。另外隨著西門子,伊頓等合資企業(yè)的出現(xiàn),使得滅弧室的市場競爭愈演愈烈,那么價(jià)格的競爭也是非常關(guān)鍵的,而材料成本通常占滅弧室總成本的50%~60%,小型化的產(chǎn)品可以大大降低滅弧室的材料成本,使其具有良好的市場競爭資格,因此小型化真空滅弧室是滅弧室發(fā)展的一種必然趨勢。

  1 小型化真空滅弧室的特點(diǎn)

  通常小型化的滅弧室用于固封斷路器中,所以與同等參數(shù)的普通滅弧室比較而言,小型化真空滅弧室具有以下特點(diǎn)。

  (1)體積小。

  (2)電性能及機(jī)械特性要求高

  1) 電極小,開斷電流大。


  2) 絕緣間隙小,絕緣水平高。

  3) 回路電阻低。

  4) 機(jī)械壽命長。

  (3)成本低

  從以上特點(diǎn)可以看出,小型化真空滅弧室的設(shè)計(jì)和制造要充分考慮開斷過程中電極對(duì)電弧的控制能力,電極的導(dǎo)流導(dǎo)熱能力,電極結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),觸頭材料的選用,絕緣系統(tǒng)的設(shè)計(jì),波紋管的設(shè)計(jì)以及零件和整管的制造工藝問題。同時(shí),小型化真空滅弧室配用的斷路器體積相對(duì)較小,那么相間距離有限,相間的電動(dòng)力對(duì)電弧的影響較大,因此在設(shè)計(jì)滅弧室時(shí)還要充分考慮屏蔽外磁場。另外小型化的滅弧室考慮其設(shè)計(jì)和制造成本,以保證其具有良好的市場競爭能力,為公司創(chuàng)造較高得經(jīng)濟(jì)效益。


  2 小型化真空滅弧室電極設(shè)計(jì)要點(diǎn)

  2.1 電極結(jié)構(gòu)的選用

  目前使用過的電極結(jié)構(gòu)總體上有杯狀橫向磁場電極,平板橫向磁場、杯狀縱向磁場、線圈縱向磁場,帶馬蹄鐵的縱向磁場電極以及平板電極。這些電極結(jié)構(gòu)各有優(yōu)點(diǎn),針對(duì)滅弧室使用的場合以及電參數(shù)的不同,我們可以選用不同的電極結(jié)構(gòu)。

  (1)橫向磁場電極結(jié)構(gòu)的選用:有關(guān)研究資料認(rèn)為12kV/31.5kA以下的參數(shù)的滅弧室,使用橫向磁場電極開斷能力優(yōu)于同尺寸的杯狀縱磁場電極(見圖1),而且回路電阻明顯優(yōu)于杯狀或線圈的縱磁結(jié)構(gòu)電極,但是在開斷過程中電弧對(duì)觸頭和屏蔽筒的燒蝕比較大,加之目前滅弧室的短路開斷次數(shù)都比較多,多次短路開斷后,橫磁滅弧室的屏蔽筒就會(huì)被甩上的電弧嚴(yán)重?zé)龘p,從而破壞其絕緣系統(tǒng),因此橫磁電極結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用在12kV/25kA以下的小型化產(chǎn)品中。


  (2)縱磁場電極結(jié)構(gòu)的選用:縱磁電極有杯狀縱向磁場、線圈縱向磁場,帶馬蹄鐵的縱向磁場電極,縱磁電極在開斷時(shí)電弧電壓低,電弧能量小,縱磁場控弧能力強(qiáng),觸頭的燒蝕量小,在分合閘過程中機(jī)械參數(shù)相對(duì)穩(wěn)定。其中杯狀縱磁電極加工起來比較簡單,通過調(diào)節(jié)斜槽的傾角和轉(zhuǎn)角就可以有效的控制導(dǎo)流能力和短路開斷能力,使二者都達(dá)到較好的水平,因此在中壓大容量小型化滅弧室設(shè)計(jì)時(shí)首選杯狀縱磁結(jié)構(gòu)。帶馬蹄鐵的縱向磁場電極,它的開斷能力是有限用的,目前我們都用在低壓或12kV的負(fù)荷開關(guān)和接觸器用滅弧室上。線圈縱向磁場電極,該結(jié)構(gòu)難加工,電極路徑長,雖然磁場強(qiáng)但電阻大不易用于小型化滅弧室中,對(duì)于低額定工作電流的滅弧室可以采用。


  2.2 杯狀縱磁電極的小型化設(shè)計(jì)

  電極直徑小,那么滅弧室的直徑就可以小,所以合理的優(yōu)化電極可以較好的實(shí)現(xiàn)滅弧室的小型化。下面主要討論杯狀縱磁電極的小型化。


  大量的磁場計(jì)算以及裝管實(shí)際試驗(yàn)證明,在杯狀縱磁電極中引進(jìn)鐵磁物質(zhì)使電極間磁場得以重新分布,使盡可能大的觸頭表面在磁場的控制范圍內(nèi),從而提高觸頭開斷利用面積,有效減小觸頭直徑。然而鐵芯的引入會(huì)使縱向磁場滯后時(shí)間增加,對(duì)開斷產(chǎn)生負(fù)面影響,所以在引入鐵芯時(shí)不但要考慮增強(qiáng)縱向磁場,還要充分考慮減小縱向磁場滯后時(shí)間,盡量消除鐵芯引入的負(fù)面影響。鐵心的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常重要,我們公司目前普遍使用的鐵心結(jié)構(gòu)就很好。為減小鐵芯的磁滯可以通過阻斷導(dǎo)磁回路的方法降低磁場滯后。合理結(jié)構(gòu)的鐵芯即保證了磁場強(qiáng)度同時(shí)磁滯也很低。下表為使用鐵芯的縱磁場電極與通常的縱磁場電極的開斷能力比較。


 
  上表的數(shù)據(jù)足以說明使用鐵芯可以有效減小觸頭直徑,有利于滅弧室的小型化設(shè)計(jì)。

  2.3 觸頭材料的選用

  小型化真空滅弧室開斷電流相對(duì)同參數(shù)的普通滅弧室苛刻的多而且電阻要求較低,因此我們首選CuCr觸頭材料,該種觸頭材料在開斷能力,導(dǎo)流能力,以及耐電壓強(qiáng)度上都表現(xiàn)的比較優(yōu)越。目前,CuCr觸頭材料有多種工藝制造的,包括,真空熱碳還原熔浸法(溶滲法)生產(chǎn)、混粉燒結(jié)、真空感應(yīng)熔煉快速凝固法(熔鑄法)以及西門子使用的真空電弧熔煉法,那么選那種工藝的好呢?

  通過以往的使用經(jīng)驗(yàn)我們可以知道熔滲法制造的觸頭材料很難避免同材富集現(xiàn)象,這樣極不利于開斷,容易產(chǎn)生容焊,不易用于小型化的真空滅弧室。

  混粉燒結(jié)的觸頭材料金屬顆粒的晶間結(jié)合差,開斷時(shí)容易將觸頭表面的材料拉斷形成缺陷,所以也不利于開斷,其切電容的性能也相對(duì)差一些,因此不宜選用。


  真空感應(yīng)熔煉快

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