灭弧室触头结构及确定合成试验回路暂态电压波形的方法与流程

本发明属于断路器大容量试验技术领域，涉及一种灭弧室触头结构及确定合成试验回路暂态电压波形的方法。

背景技术：

在断路器的合成试验中，由于在瞬态恢复电压(trv)作用的时间窗口内，断路器处于灭弧室热恢复的初始阶段，相比工频恢复电压阶段，trv阶段的波形参数对断路器的短路开断过程有更大影响，因此新的试验回路或者回路参数在应用于试验之前，必须检验其trv是否满足gb1984-2003和iec62271-100-2008的要求。

当采用试验断路器以直接短路开断法进行trv波形检测时，由于断路器自身特性的影响，在不同的电弧电压、弧后电流以及截流水平作用下，trv的检测结果会存在较大的差异，因此，选用电弧电压较低的真空断路器进行试验检测时，如何进一步降低真空灭弧室的截流水平，是实现断路器理想过零分断，获取标准trv预期波形的关键技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种灭弧室触头结构及确定合成试验回路暂态电压波形的方法，该触头结构及方法能够有效地降低真空灭弧室的截流水平，trv的检测结果较为准确。

为达到上述目的，本发明所述的用于trv检测的真空灭弧室触头结构包括第一触头及第二触头，其中，第一触头的上表面上设置有凹槽，凹槽底部的中间位置处设置有锥形放电结构，第一触头的上表面与第二触头的下表面相贴合，所述锥形放电结构的顶部与第二触头的下表面之间有间隙。

所述凹槽的内壁为光滑结构。

凹槽与锥形放电结构组成部件的横截面左右对称，其中，左侧部分的形状由第一弧线、斜线段、第二弧形、水平线段、第三弧线及第四弧形组成，其中，斜线段与第一弧形及第二弧形相切，水平线段与第二弧线及第三弧形相切，第四弧线与第三弧形及第一触头的上表面相切。

锥形放电结构的顶部与第二触头下表面之间的距离为0.5mm，所述锥形放电结构的锥度为45°～135°。

第二触头的下表面为平面结构。

本发明所述的确定合成试验回路暂态电压波形的方法包括以下步骤：在进行trv预期波形测试时，基于对试验发电机或短路变压器的选相合闸控制，在试验电流半波内分断所述用于trv检测的真空灭弧室触头结构，使得在分断过程燃弧半波内，第一触头为电弧电压的阴极，第二触头为电弧电压的阳极，此时，在交流电弧电流趋近于零的过程中，由于第一触头的阴极电子发射能力较强，从而通过第一触头持续提供维持弧隙导通的电流，避免交流电流过零前突然截断。

当电流熄灭后，trv电压反向施加于所述用于trv检测的真空灭弧室触头结构上，开断周期内，第一触头作为电弧电压的阳极，第二触头作为电弧电压的阴极，第二触头的发射电子能力较弱，使得第一触头与第二触头之间的绝缘阻抗增大，从而为trv的测试提供高阻抗条件。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的灭弧室触头结构及确定合成试验回路暂态电压波形的方法在进行trv预期波形测试时，第一触头为电弧电压的阴极，第二触头为电弧电压的阳极，此时，在交流电弧电流趋近于零的过程中，由于第一触头的阴极电子发射能力较强，从而通过第一触头持续提供维持弧隙导通电流，避免交流电流过零前突然截断，实现电流过零的理想开断；在电流熄灭后，开断周期内，第一触头作为电弧电压的阳极，第二触头作为电弧电压的阴极，第二触头的发射电子能力较弱，使得第一触头与第二触头之间的绝缘阻抗增大，为trv的测试提供高阻抗条件，从而有效的提高trv检测结果的准确性。

附图说明

图1为本发明中第一触头1的结构参数示意图；

图2为图1中b处的放大图；

图3为本发明的结构示意图；

图4为触头间距为10mm、trv峰值电压22.0kv时的电场分布图。

其中，1为第一触头、2为第二触头、3为锥形放电结构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

真空断路器截流现象的产生是由于在交流电弧电流趋近于零的过程中，电弧阴极的收缩焦耳热及正离子对阴极的轰击能量减小，使阴极表面的金属蒸发量减小，造成了极间蒸气粒子及导电粒子数减少，同时，由于真空环境下的粒子快速扩散，因此，在某一时刻当极间导电粒子不足以维持电弧燃烧时，便导致电流突然截断。

参考图3，本发明所述的用于trv检测的真空灭弧室触头结构包括第一触头1及第二触头2，其中，第一触头1的上表面上设置有凹槽，凹槽底部的中间位置处设置有锥形放电结构3，第一触头1的上表面与第二触头2的下表面相贴合，所述锥形放电结构3的顶部与第二触头2的下表面之间有间隙；第二触头2的下表面为平面结构。

所述凹槽的内壁为光滑结构，其中，凹槽与锥形放电结构3组成部件的横截面左右对称，其中，左侧部分的形状由第一弧线、斜线段、第二弧形、水平线段、第三弧线及第四弧形组成，其中，斜线段与第一弧形及第二弧形相切，水平线段与第二弧线及第三弧形相切，第四弧线与第三弧形及第一触头1的上表面相切。

本发明所述的确定合成试验回路暂态电压波形的方法包括以下步骤：在进行trv预期波形测试时，基于对试验发电机或短路变压器的选相合闸控制，在试验电流半波内分断所述用于trv检测的真空灭弧室触头结构，使得在分断过程燃弧半波内，第一触头1为电弧电压的阴极，第二触头2为电弧电压的阳极，此时，在交流电弧电流趋近于零的过程中，由于第一触头1的阴极电子发射能力较强，从而通过第一触头1持续提供维持弧隙导通的电流，避免交流电流过零前突然截断。

当电流熄灭后，trv电压反向施加于所述用于trv检测的真空灭弧室触头结构上，开断周期内，第一触头1作为电弧电压的阳极，第二触头2作为电弧电压的阴极，第二触头2的发射电子能力较弱，使得第一触头1与第二触头2之间的绝缘阻抗增大，从而为trv的测试提供高阻抗条件。

实施例一

参考图1及图2，采用10kv真空灭弧室典型参数，开距为9～10mm，第一触头1及第二触头2的直径为42mm，短路分断能力可达到31.5ka，锥形放电结构3与第二触头2之间的间距为0.5mm，锥形放电结构3的锥度保持在45°～135°之间，图2为第一触头1的结构尺寸。

图4为触头间距为10mm、trv峰值电压22.0kv时的电场分布情况，由图4可以看出，锥形放电结构3的尖端电场强度远大于场域中的其他部分，可在交流电弧电流趋近于零时，持续提供弧隙维持电流，避免电流过零前突然截断。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种灭弧室触头结构及确定合成试验回路暂态电压波形的方法，包括第一触头及第二触头，其中，第一触头的上表面上设置有凹槽，凹槽底部的中间位置处设置有锥形放电结构，第一触头的上表面与第二触头的下表面相贴合，所述锥形放电结构的顶部与第二触头的下表面之间有间隙，该触头结构及方法能够有效地降低真空灭弧室的截流水平，TRV的检测结果较为准确。

技术研发人员：翟小社;姚晓飞
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2018.09.13
技术公布日：2019.02.12