高压真空断路器灭弧室外表面电场计算与绝缘设计_电力/水利_工程科技_专业资料。［摘要］以一天弧圭为例，用有限元击对真空灭弧室外表面的电场强度进行分析计算，蛤出不 同绝缘介质情况下电场强度的分布及数值曲线，为实际设计工作提供了理论依据。 关键词高压真空断路器真空灭弧室绝缘有限元绝
［摘要］以一天弧圭为例，用有限元击对真空灭弧室外表面的电场强度进行分析计算，蛤出不 同绝缘介质情况下电场强度的分布及数值曲线，为实际设计工作提供了理论依据。 关键词高压真空断路器真空灭弧室绝缘有限元绝缘介质 ０相王诛 真空灭弧室外的绝缘设计是 真空断路器整机设计的关键，为 提高真空断路器开断电压的等级， 需在真空灭弧室与瓷套间填充不 同的绝缘材料，解决真空灭弧室 外表面的绝缘问题。不同的绝缘 材料对灭弧室外表面的电场分布 会产生不同程度的影响，再加上 限元法对其灭弧室外表面的电场 进行分析计算，不仅分析了电场 会在这里填充绝缘介质，如空气、 ＳＦｓ气体、液态绝缘脂、绝缘油等：ｃ 分布状况，而且给出了填亭不同 绝缘介质时灭弧室竺表要皇场的 具体数值，为高压真空断路器的 设计提供了理论依据。 代表灭弧室外壁所譬的区域，这 里由玻璃或陶瓷组成；Ｄ代表真空 ｌ模型分析 由于真空断路器每极结构有轴 对称的特点，因此通常只需对ｌ／２的 场域进行分析。作为一个特例，为 简化有限元分析的模型，并假设 灭弧室主屏蔽罩占高压侧电位的 ５０％，这里只对包括瓷套在内的灭 图１真空断路器灭弧室高压侧的内 外结构示意图 灭弧室内的真空区。另外，图中涂 真空灭弧室的外表面是绝缘的薄 弱环节，因此有必要对这里的电 场情况进行精确的分析计算。本 文以高压真空断路器为例，用有 收稿１５ｔ期：２００２－１０－１１ 作者介绍：冯亚清，硕士，主要从 事高压真空断路器及智能控制的 研究与开发。马志瀛，教授，博导， 主要研究方向是真空断路器的设 计及断路器的微机控制。 口的绝缘水平仍可达开断前的４８１ ８５ｋＶ（工频／冲击）水平，满足相关 标准要求。而数次开断后的情况 较之出厂时的冷焊应该更为严酷。 对比可知真空灭弧室可承受因合 闸而产生的融焊引起的毛刺对绝 缘的影响。 融焊产生毛刺的解决办法有 对开箱后的真空断路器采取空载 操作一定次数。 有人担心真空开关在空载操 作时触头间又要发生冷焊，重新 产生毛刺而影响绝缘，这种担心 黑部分是灭弧室内高电位侧电极、 主屏蔽罩和辅助屏蔽罩，相连在 一起的部分是等电位的。 弧室内外的１／４场域进行分析计 算。虽然如此，但根据本文得出的 结论仍然具有一定的适应性。图１ 中，Ａ代表真空灭弧室外的瓷套所 在的区域；Ｂ代表灭弧室与瓷套之 实际分析过程中用如图２的 实体模型。分析过程中求出电场 在４个区域的分布状况及指定节 点处的值，其中区域Ａ５与Ａ１交 调整量，以便整机厂在装调过程 问的空间，实际的断路器设计中 头表面产生毛刺；（２）机械压接可 使某些原来很尖利的毛刺变钝。 前者使触头间隙的耐压水平下降， 后者使之升高１１Ｉ。进行型式试验 的产品就是很好的例证：开断前 的真空灭弧室在空载操作一定次 中，通过空载操作，使动静触头接 触更好。 ３结论 综上所述，笔者以为断路器 在出厂时应为合闸状态，进厂验 收时将其分闸，并保持分闸状态 存放，以缩短其受影响时间；在运 行前，对断路器进行一定次数的 数（数百次）后，绝缘水平可满足 标准要求（４８／８５ｋＶ工频，；十击）；开 断后的真空断路器在拍打一定次 数后，其绝缘水平一般都会有一 定程度的提高。 另外，真空断路器出厂时，真 空灭弧室的状态为空载操作后的 空载操作，同时在产品技术条件 和说明书中注明。 通过实践，在ＺＮｌ２—１０产品出 厂时，用合闸状态，无绝缘等问题。 参考文献 『１１壬垂晦，是堆导，魏一钩等线．北息：机诫工业出版 赴．】９８３ 是不必要的。因为空载操作对真 空触头间隙的耐压强度的影响有２ 方面：（１）合闸时触头问发生冷焊， 分闸时又将这些焊点拉裂，在触 状态，其绝缘【断口工频耐压 ４８ｋＶｌｍｉｎ）无问题。且有的真空灭 弧室生产厂的产品在出厂时就预 留有一定量的机械性缩短及触头 万 方数据 “口匝圈２００３年２期 界面处的电场强度又是关心的焦 点。通过改变区域Ａ５的相对介电 场强度的变化率不是很大，只在 接近灭弧室高电位端盖时，电场 强度出现急剧增加现象，这是由 于电场强度分布过于集中引起的。 电场强度的急剧增加对绝缘不利， 解决此问题的办法是改变灭弧室 端盖与外连接部位的几何形状， 主要是导电部分的几何形状，从 而改善这里的电场分布状况。由 于分界面处电场强度的法向分量 作用在相对介电常数较大的玻璃 上，因此不易引起绝缘介质的击 ７２ ５ｋＶ电压时的情况。填充空气时 的曲线与填充ＳＦ。时的曲线几乎重 合，电场数值差异相对较小。填充 绝缘脂时的电场数值比另２种情 况下的变化大，因为绝缘脂的相 对介电常数明显增大。另外一种 情况的电场强度切向分量不总大 干或小于别的情况，因此绝缘介 质的相对介电常数影响灭弧室外 表面电场强度切向分量值的变化 率。 在灭弧室与瓷套间填充相对 介电常数较大的绝缘介质，将改 常数，以反应在灭弧室与瓷套间 填充不同绝缘介质的情况，进而 求出每种情况下Ａ１、Ａ５分界面处 的电场强度值。 图２ 有限元分析中灭弧室内外的实体模型 穿：而切向分量则完全作用在２种 绝缘介质的分界面上，反而易引 起沿面的闪络。 ２电场计算及结果分析 用有限元法对图２分析求解 可得电位分布状况如图３。图３是 在灭弧室与瓷套间填充相对介电 常数为２ ８的绝缘脂时的等位线。 变灭弧室外表面电场强度切向分 量的变化率，使电场强度的最大 值更太，最小值更小。电场强度数 在灭孤室与外瓷套间填充相 对介电常数较大的介质，会加快 灭弧室外表面电场强度的变化。 表Ｉ是在真空灭弧室与瓷套 值的增大对于真空断路器灭弧室 外表面的绝缘设计不利，但相对 介电常数较大的绝缘介质通常有 更高的沿面闪络电压，相比之下， 填充空气与Ｓ Ｆ。时的等位线分布 曲线与此类似。 间填充不同绝缘介质时电场强度 部分值的比较。 表１ 电场增强的程度远小于闪络电压 增大的程度，因此，选用相对介电 常数较大的绝缘介质对提高灭弧 室外表面的绝缘特性是有利的。 综合２方面因素，在真空断路器设 计中用绝缘脂可有效解决灭弧室 几种不同绝缘介质情况下灭弧室 外表面的电场强度／Ｖ／ｍｍ —ｉｊ再 ｘ巫ｉ面Ｆ１Ｆ订ｉ夏～建辣艚—百一 图３ 充绝缎脂情况下的电位分布 外的绝缘问题。 由图３可求出相应各点的电 ３结论 酣砸以配舯弼＂”钯帖 场强度值，分布情况如图４。 ｍ蚍ⅢⅢ瑚渤ｍ槲ｊ曼珊 狮ｍ蝴常唧瑚邮ｍ螂跏 蚍ｍ眦Ⅲｍ啪卅｜荤蛳埘 勰ｍ们栅蛳珧‰ｍ跏掰 （１）用介电常数较大的绝缘介 质会导致电场强度某些区域增加， 另外一些区域减小，但其数值的 变化不大。 （２）当在空气中不能满足真空 灭弧室外表面绝缘要求时，用一 说明：（１）表中的数据是外加冲 击电压３５０ｋＶ时所计算的值。（２）表 中的ｘ坐标表示该点与图２模型左 边缘处的距离。 图５是灭弧室外表面各节点 圈４ 充绝缘脂情况下的电场强度分布 电场强度切向分量的值在填充不 同绝缘介质时的比较，是在外加 定的绝缘介质可有效提高灭弧室 外表面的绝缘强度。 灭弧室外电场强度分布，沿 其外表面切向的分量是决定灭弧 （３）限于绝缘油易燃特性和ＳＦ。 对环境造成的污染，在满足真空 灭弧室外表面绝缘要求的情况下， 具有较好绝缘特性的绝缘脂成为 设计高压真空断路器的理想选择。 参考文献 室外表面闪络的主要因素，也是 灭弧室外表面绝缘的薄弱之处。 填充不同的绝缘介质对电场 强度在灭弧室外表面上的分布规 律影响不大，无论切向分量还是 法向分量，在每种情况下的曲线 形状大体相同，只是数值上的差 异。在分解面上的大部分位置，电 ｛ ＃彘Ｅ目越啊肾越恒懈 。如伽”舯∞ ∞ ［１ｌ朱德恒严璋．高电压绝缘．清韭 大学出版柱，１９９２ Ｘ毕杯，｜ｌｌ… 圈５ 不同绝缘介质时灭弧室外表面电场 强度切向分量的比较 ２１ Ｅ季梅．真空电弧理论研亢及其 测试西安交通大学出版社，１９９３ 万 方数据 ２００３年２期四圆４５ 高压真空断路器灭弧室外表面电场计算与绝缘设计 作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数： 冯亚清， 马志瀛 西安交通大学,电气工程学院,陕西,西安,710049 电工技术 ELECTRIC ENGINEERING 2003(2) 1次 参考文献(2条) 1.朱德恒.严璋 高电压绝缘 1992 2.王季梅 真空电弧理论研究及其测试 1993 引证文献(1条) 1.张朝伟 大容量快速切断开关应用技术[期刊论文]-电工技术 2005(10) 本文链接：
