用于真空断路器灭弧室老炼的一种回路

张　松　张忠华　汪　洋

（辽宁高压电器产品质量检测有限公司，沈阳　110122）



用于真空断路器灭弧室老炼的一种回路

张松张忠华汪洋

（辽宁高压电器产品质量检测有限公司，沈阳110122）

摘要分析并计算了用于真空断路器灭弧室老炼的一种试验回路的元件参数，并给出其仿真的波形，该回路元件少，控制容易，可以用于实际，达到真空灭弧室的老炼目的。

关键词：老炼试验；真空断路器；试验回路；真空灭弧室

真空断路器具有优异的性能，在中压领域已经居于主导地位，并迈向高电压的领域。真空断路器的最主要部件为真空灭弧室，目前主要从三个方面来提高其性能：

1）采用新材料来制作灭弧室触头；

2）利用计算机的技术优化灭弧室结构；

3）采用老炼的方法对触头和屏蔽罩的表面进行改善，提高它的击穿电压和长期工作时的稳定性。

老炼即指使电极间受到多次击穿，使电极表面经受离子的轰击。常用以下几种方法进行：①气体老炼法；②辉光放电老炼法；③电流老炼法；④火花老炼法[1-2]。

对于辉光放电老炼,真空室必须先要被抽空到UHV状态，再重新充入气体（通常是氦、氩、氮），直至其压强达到10−1～100Pa，然后开始在电极间引发辉光放电。过一段时间后，真空室又重新被抽成真空。通常，辉光放电的电流I≈30mA，持续时间t=1h。在实际中，辉光放电老炼法用于大型UHV设备，例如，离子束分离器。

同样，对于气体老炼，真空室也必须先要被抽到UHV状态，然后把气体（例如氩气）引入到装置中，直至压强达到10−2Pa。当电压u≥20kV时，在电极之间开始产生1～50μA的预击穿电流。在恒定电压的气体老炼过程中，预放电（发射）电流一般都是减少而击穿电压提高。

对于电流老炼，则须在触头上施加电压，并以少量不连续的幅度增加。从而使预击穿电流在每一间隔都保持稳定。在这个过程中，预击穿电流电平、噪音电平和随机的微放电都将逐渐减弱。场增强系数β 减小而发射区域Ae增加。电流老炼是一种简单而常用的技术，最佳的老炼电流值取决于电极的光洁度和触头所用材料的熔点[3]。

火花老炼是提高真空灭弧室耐压水平的一种实用的方法。火花老炼就是指在静态情况下给真空灭弧室施加高电压（直流、工频或冲击）引起触头间及触头与屏蔽罩间强烈的火花放电。通过火花放电的作用，消除触头和屏蔽电极表面的高β 发射点[4]。

对于真空的灭弧室而言，由于不能进行充放气因而辉光放电老炼法和气体老炼法都不能够实施。电流老炼法主要用于除去电极表面的气体、氧化物和一些杂质，对于大电流的开断和抑制NSDD有效。火花老炼法能提高真空灭弧室的耐压水平。本文为电流老炼法的一种试验回路。

1　试验原理

本回路不需要大容量的网电，只需低电压即可，用整流回路对电容器进行充电，利用电容器所存储的能量，对真空灭弧室提供要求的电流。所以不用大的投资即可实现真空灭弧室的老炼，提高灭弧室的性能。真空灭弧室开断时，利用燃弧的过程对触头表面进行老炼，开断结束后试验回路产生高电压，使真空间隙再次击穿，对其再次进行老炼，从而使老炼效果得到很大的提高。

试验原理图如图1所示。

图1　断路器的老炼试验原理图

对电容器充电的回路原理图如图2所示，使用变压器对低压电进行升压，再采用二极管的倍压方法，即可产生所需的充电电压对电容器充电。

图2　电容器充电的回路原理图

电容器充电回路原理如下：变压器副边正半周时（上正下负），电容器C1充电；变压器副边负半周时（上负下正），电容器CX两端电压为变压器副边电压的2倍。

2　数学模型

对断路器的老炼有老炼电流和高电压的要求。下面以老炼电流：630A、高电压：32.7kV为例进行参数的计算及元件的选择。

根据要求可以导出

式中，I0= 630，f0=50Hz 。

按要求可求得：L1=82.61mH 。

该设备上最高电压：46.25kV。

最高电流：1.782kA。

真空灭弧室短路时，C1和C2为并联关系，设为C0，则

按要求可求得

即C1=C2=C3=61.3μF。

C1、C2、C3设备上最高电压：46.25kV。

最高电流：630A。

C1、C2、C3可选用20μF/30kV的电容器，每组6台并联，2组串联。

若要求恢复电压也为50Hz则需补偿电容器C3，否则不需要补偿电容器C3支路。

3　仿真波形

按计算所得参数采用ORCAD软件进行仿真，连接了补偿电容器C3，所产生的回复电压为交流50Hz，与电网的频率一致。波形图如图3所示。

图3　真空灭弧室老炼的仿真波形图

4　试验方法

1）U1合闸即真空灭弧室处于合闸位置；U3分闸；U2、U6合闸。

2）利用充电回路对C1、C2、C3同时充电，然后分开U2、U6，分离充电装置。

3）开始老炼，U2、U3同时合闸，在频率周期的整数倍时的电流零点，真空灭弧室开断电流，若有C3支路则同时U6合闸。

4）老炼结束后放电，准备下一次老炼。

5　结论

本文分析计算了一种真空灭弧室老炼的回路，建立了数学模型。利用低压电即可进行老炼工作，使运行的成本降低，提高了真空灭弧室的性能，可供真空灭弧室制造厂家作为参考。

参考文献

[1] 何俊佳, 邹积岩, 程礼椿. 真空灭弧室的火花老炼[J]. 高压电器, 1994(1): 18-21.

[2] 王卫斌, 杨兰均, 冯允平. 提高真空灭弧室老炼效果的几种新方法[J]. 高压电器, 1999(3): 40-43.

[3] 张国明, 陈晓东, 谢锡华, 等. 10kV真空开关老炼技术及其效果述评[J]. 高电压技术, 1994, 20(1): 52-55.

[4] 冯淑秋. VCB 真空灭弧室的火花老炼法[J]. 电气开关, 1998(2): 11-15.

张松（1983-），男，工程师，从事高压电器合成试验工作。

The Aging Test Circuit Used for Vacuum Interrupter

Zhang SongZhang ZhonghuaWang Yang
(Liaoning High Voltage Apparatus Test Center of Product Quality, Shenyang110122)

Abstract A test circuit parameters for vacuum interrupter aging test is analysed and calculated , and gives the simulation waveforms of the circuit components, the control is easy, can be used in practice, reaches the vacuum interrupter aging purposes.

Keywords：aging test; vacuum circuit breaker; test circuit; vacuum interrupter

作者简介