一种模拟断路器触头电弧烧蚀的脉冲放电装置及方法与流程

本发明属于高压脉冲放电，具体涉及一种模拟断路器触头电弧烧蚀的脉冲放电装置及方法。

背景技术：

1、电弧是气体的一种自持放电现象，具有温度高、发强光和能导电等特点。分断触头时，由于电流收缩，使得触头表面温度升高产生热电子发射，因而形成电弧放电，电弧在触头之间燃烧会引起触头烧蚀。由电弧引起的触头烧蚀是影响断路器可靠性和使用寿命的一个关键因素，因此很有必要对触头的烧蚀特性进行研究。

2、断路器开断过程中，高温电弧向触头传递能量，引起触头温度升高，发生熔化形变，形成熔池，因此电弧对触头的加热作用是产生触头烧蚀的根本原因。而电流会影响电弧能量，从而影响烧蚀。电流越大，燃弧时间越长，电弧能量越高，触头烧蚀越严重。由于搭建高电压断路器系统成本过高，且很难在实际电力系统中进行实验及实时数据采集，因此有必要针对高压断路器中触头电弧烧蚀过程进行实验模拟及分析。

3、当前，一般采用毛细管脉冲放电装置对触头电弧烧蚀过程进行模拟，毛细管脉冲放电装置一般利用烧蚀管壁低熔沸点聚合物材料形成稳定放电，在放电过程中不断烧蚀毛细管管壁最终形成热等离子体射流。但是，采用聚合物材料控制烧蚀会产生大量杂质，很难实现对触头材料烧蚀的可靠及准确模拟。

技术实现思路

1、为了克服上述技术的缺点，本发明提供一种模拟断路器触头电弧烧蚀的脉冲放电装置及方法，能够解决现有脉冲放电装置由于聚合物材料控制烧蚀会产生大量杂质，很难实现对触头材料烧蚀的可靠及准确模拟的技术问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术内容：

3、一种模拟断路器触头电弧烧蚀的脉冲放电装置，包括外壳；

4、所述外壳一端设置有主电极，另一端设置有地电极；

5、所述主电极一端连接有脉冲电源，另一端连接有毛细管，所述主电极另一端插设于所述毛细管内；

6、所述主电极中插设有充气管，所述充气管与所述毛细管连通；

7、所述毛细管位于所述外壳内部，所述毛细管内部嵌套有触头材料。

8、进一步地，所述充气管外部套设有绝缘套管，所述绝缘套管设置于所述主电极与所述充气管之间，所述绝缘套管与所述充气管之间形成紧密配合。

9、进一步地，所述充气管与所述主电极的一端至少相距2mm。

10、进一步地，所述充气管内填充有氦气、氩气或六氟化硫气体。

11、进一步地，所述主电极呈中空柱状，采用钨材料制成。

12、进一步地，所述脉冲电源输入端连接有晶闸管，通过所述晶闸管控制所述脉冲电源放电。

13、进一步地，所述外壳与所述地电极通过紧固螺母压紧相连；所述外壳与所述地电极均采用304不锈钢制成。

14、进一步地，所述地电极的尾部设置有斜坡开孔。

15、进一步地，所述主电极与所述外壳、所述地电极与所述外壳以及所述主电极与所述充气管均设置有氟橡胶密封圈。

16、一种基于上述模拟断路器触头电弧烧蚀的脉冲放电装置的工作方法，包括：

17、由充气管向毛细管中持续充入气体；打开脉冲电源4，将脉冲加载至主电极上，引发主电极与地电极之间的毛细管间隙击穿；在持续充气下，放电产生稳定电弧，由电弧对毛细管中嵌套的触头材料产生烧蚀，通过调节脉冲电源4的放电电压控制电弧能量，模拟不同能量下的电弧对触头材料的烧蚀影响。

18、相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

19、本发明提供一种模拟断路器触头电弧烧蚀的脉冲放电装置，本放电装置通过充气管向毛细管充入气体作为放电介质，在脉冲电源加载下，可以在主电极和地电极间形成稳定的电弧，电弧将对嵌套在毛细管中的触头材料进行烧蚀，模拟高压断路器中触头材料的电弧烧蚀过程。同时，通过调节脉冲电源参数可以调控电弧参数，模拟各条件下电弧对触头材料的烧蚀情况，明确电弧烧蚀对触头材料的影响；采用本装置能够实现对触头材料烧蚀的可靠及准确模拟，结构和原理简单，具有低成本、高效率及高准确性的优点，为触头材料的测试及表征提供可靠依据及数据支撑，具有良好的推广应用价值。

20、优选地，本发明中，在充气管外部设置了绝缘套管，能够对充气管起到很好的保护作用，提高了装本发明中，置的充气可靠性。

21、进一步优选地，充气管与主电极一端(电源输入端)的距离至少为2mm以上，这样，避免充气管上发生放电，对充气管损伤。

22、优选地，本发明中，主电极设置呈中空柱状，采用钨材料制成，通过长柱状结构伸入毛细管中，结构上便于部件之间的装配，钨材料可以使得主电极具有耐烧蚀、低溅射的特性。

23、优选地，本发明中，通过晶闸管控制所述脉冲电源放电，便于模拟试验时，对于放电过程以及调节电弧能量的控制。

24、优选地，本发明中，地电极的尾部设置有斜坡开孔，这样，该斜坡开孔作为喷口，在放电过程中，便于产生的等离子体射流由喷口向外喷出。

25、优选地，本发明中，在主电极与外壳、地电极与外壳以及主电极与充气管之间均设置有氟橡胶密封圈，这样，可以增强结构整体密封性，防止外部气体或内部等离子体泄漏，避免毛细管难以放电或绝缘套管烧蚀损坏。

26、本发明还提供一种模拟断路器触头电弧烧蚀的脉冲放电装置的工作方法，基于上述模拟断路器触头电弧烧蚀的脉冲放电装置，采用本方法能够模拟各条件下电弧对触头材料的烧蚀情况，明确电弧烧蚀对触头材料的影响，实现对触头材料烧蚀的可靠及准确模拟。

技术特征：

1.一种模拟断路器触头电弧烧蚀的脉冲放电装置，其特征在于，包括外壳(3)；

2.根据权利要求1所述的一种模拟断路器触头电弧烧蚀的脉冲放电装置，其特征在于，所述充气管(5)外部套设有绝缘套管(6)，所述绝缘套管(6)设置于所述主电极(1)与所述充气管(5)之间，所述绝缘套管(6)与所述充气管(5)之间形成紧密配合。

3.根据权利要求2所述的一种模拟断路器触头电弧烧蚀的脉冲放电装置，其特征在于，所述充气管(5)与所述主电极(1)的一端至少相距2mm。

4.根据权利要求1所述的一种模拟断路器触头电弧烧蚀的脉冲放电装置，其特征在于，所述充气管(5)内填充有氦气、氩气或六氟化硫气体。

5.根据权利要求1所述的一种模拟断路器触头电弧烧蚀的脉冲放电装置，其特征在于，所述主电极(1)呈中空柱状，采用钨材料制成。

6.根据权利要求1所述的一种模拟断路器触头电弧烧蚀的脉冲放电装置，其特征在于，所述脉冲电源(4)输入端连接有晶闸管(9)，通过所述晶闸管(9)控制所述脉冲电源(4)放电。

7.根据权利要求1所述的一种模拟断路器触头电弧烧蚀的脉冲放电装置，其特征在于，所述外壳(3)与所述地电极(2)通过紧固螺母压紧相连；所述外壳(3)与所述地电极(2)均采用304不锈钢制成。

8.根据权利要求1所述的一种模拟断路器触头电弧烧蚀的脉冲放电装置，其特征在于，所述地电极(2)的尾部设置有斜坡开孔。

9.根据权利要求1所述的一种模拟断路器触头电弧烧蚀的脉冲放电装置，其特征在于，所述主电极(1)与所述外壳(3)、所述地电极(2)与所述外壳(3)以及所述主电极(1)与所述充气管(5)均设置有氟橡胶密封圈。

10.一种基于权利要求1-9任一项所述模拟断路器触头电弧烧蚀的脉冲放电装置的工作方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种模拟断路器触头电弧烧蚀的脉冲放电装置及方法，属于高压脉冲放电技术领域，本放电装置通过充气管向毛细管充入气体作为放电介质，在脉冲电源加载下，可以在主电极和地电极间形成稳定的电弧，电弧将对嵌套在毛细管中的触头材料进行烧蚀，模拟高压断路器中触头材料的电弧烧蚀过程。同时，通过调节脉冲电源参数可以调控电弧参数，模拟各条件下电弧对触头材料的烧蚀情况，明确电弧烧蚀对触头材料的影响；采用本装置能够实现对触头材料烧蚀的可靠及准确模拟，结构和原理简单，具有低成本、高效率及高准确性的优点，为触头材料的测试及表征提供可靠依据及数据支撑，具有良好的推广应用价值。

技术研发人员：林志军,黄伟杰,莫穗江,侯维捷,钟国思,孙强,王流火,文洪兵,孙帅,李保国,修宇翔,李宗格,李子新,姚攀,徐炎斌
受保护的技术使用者：广东电网有限责任公司江门供电局
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15