為了提高真空斷路器的開(kāi)斷性能，本文設(shè)計(jì)一種新型1/2 匝真空滅弧室線圈式縱向磁場(chǎng)觸頭結(jié)構(gòu)，并對(duì)其縱向磁場(chǎng)分布特性進(jìn)行分析。利用有限元方法建立三維結(jié)構(gòu)模型并仿真，在電流分別處于峰值和電流過(guò)零時(shí)，得出靜觸頭表面、開(kāi)距中心平面和動(dòng)觸頭表面上的縱向磁場(chǎng)分布以及縱向磁場(chǎng)的滯后時(shí)間；縱向磁場(chǎng)在觸頭表面與開(kāi)距中間平面比較均勻，縱向磁場(chǎng)在靜觸頭面的最大值為0.782 T，縱向磁場(chǎng)在動(dòng)觸頭面的最大值為0.442 T，滯后時(shí)間為0.897 ms，導(dǎo)體電阻為28.25 μΩ；新型結(jié)構(gòu)新型觸頭結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的縱向磁場(chǎng)，電流過(guò)零后的剩余磁場(chǎng)小、滯后時(shí)間短，且溫升較小。

　　由于真空介質(zhì)的優(yōu)異絕緣與開(kāi)斷特性，真空斷路器在電力系統(tǒng)中尤其是在中壓領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用^[1~2]。真空滅弧室作為真空斷路器的關(guān)鍵部件對(duì)真空斷路器的性能指標(biāo)起著十分關(guān)鍵的作用，而真空滅弧室觸頭間斷口的磁場(chǎng)控制技術(shù)（特別是縱向磁場(chǎng)控制技術(shù)） 是提高真空滅弧室極限開(kāi)斷電流一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，它將關(guān)系到真空滅弧室開(kāi)斷電弧是否在較高的開(kāi)斷電流下仍然保持其擴(kuò)散狀態(tài)，這對(duì)真空滅弧室的分?jǐn)嘈阅芫哂惺�分重要的影響。因此，性能�?yōu)良的真空滅弧室縱向磁場(chǎng)觸頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)備受研究者的關(guān)注^[3]。

　　傳統(tǒng)對(duì)稱式^[4~5]縱向磁場(chǎng)觸頭結(jié)構(gòu)的動(dòng)、靜觸頭各具有一個(gè)(縱向磁場(chǎng))線圈，該線圈不僅用于產(chǎn)生所需的縱向磁場(chǎng)外，還作為主回路的一部分承載主電路工作電流的任務(wù)。為了保證斷路器觸頭閉合導(dǎo)通工作電流時(shí)的觸頭溫升不超過(guò)其最高極限允許溫升，線圈必須具有足夠大的導(dǎo)電截面積，此外還必須具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，以保證觸頭承受閉合過(guò)程的沖擊。這就導(dǎo)致動(dòng)觸頭的質(zhì)量和體積的增加，這不利于動(dòng)觸頭開(kāi)斷速度的提高。新型的縱向磁場(chǎng)觸頭的設(shè)計(jì)克服了以上的問(wèn)題，有利于斷路器的開(kāi)斷。

1、新型1/2 線圈結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)模型

　　本設(shè)計(jì)的基本理念是簡(jiǎn)化動(dòng)觸頭的結(jié)構(gòu)，提高斷路器的開(kāi)斷速度，增大斷路器的開(kāi)斷容量。同時(shí)又要保證滅弧室內(nèi)產(chǎn)生的磁場(chǎng)均勻并且磁場(chǎng)強(qiáng)度滿足斷路器的設(shè)計(jì)要求。

　　圖1 所示為新型縱向磁場(chǎng)觸頭結(jié)構(gòu)模型示意圖，圖中顯示的是一條電流路徑。設(shè)計(jì)思想是：靜觸頭具有兩層線圈，并以串聯(lián)方式相連接，而動(dòng)觸頭側(cè)沒(méi)有任何線圈。由于靜觸頭是固定不變的，因此靜觸頭量的增加不會(huì)影響觸頭的開(kāi)斷速度，而動(dòng)觸頭側(cè)沒(méi)有任何線圈，因此減小了動(dòng)觸頭側(cè)的質(zhì)量，從而使得動(dòng)觸頭能夠快速的斷開(kāi)與閉合。因此, 滅弧室斷口間的縱向磁場(chǎng)僅由靜觸頭側(cè)線圈產(chǎn)生。其中靜觸頭面開(kāi)有4 個(gè)槽，用來(lái)減小渦流，以保證電流過(guò)零后有較小的剩余磁場(chǎng)�？梢钥闯觯�該新型縱向磁場(chǎng)觸頭結(jié)構(gòu)的動(dòng)觸頭結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，機(jī)械強(qiáng)度得以加強(qiáng)，質(zhì)量減小，有利于提高觸頭開(kāi)的斷速度。

　　滅弧室內(nèi)的電流路徑如下：電流經(jīng)靜導(dǎo)電桿和拐臂流向兩個(gè)串聯(lián)的線圈，經(jīng)過(guò)突起(線圈與觸頭之間的連接部分) 進(jìn)入靜觸頭，再經(jīng)電弧流向動(dòng)觸頭與動(dòng)導(dǎo)電桿。

圖1 1/2 匝不對(duì)稱式縱向磁場(chǎng)觸頭結(jié)構(gòu)

6、結(jié)論

　　本文設(shè)計(jì)一種新型的1/2 線圈縱向磁場(chǎng)觸頭結(jié)構(gòu)的真空滅弧室，并對(duì)其利用有限元方法進(jìn)行三維仿真分析，分析結(jié)果如下：

　�。�1）當(dāng)電流為峰值時(shí)，縱向磁場(chǎng)在靜觸頭、觸頭間隙中間平面和動(dòng)觸頭表面的分布相近，分布較均勻且場(chǎng)強(qiáng)大部分占平面的面積較大；場(chǎng)強(qiáng)分布規(guī)律為：靜觸頭表面大于觸頭間隙中間平面大于動(dòng)觸頭表面；三種結(jié)果的三維分布都為平頂峰狀，即平面中間的大部分區(qū)域縱向磁場(chǎng)分布均勻且場(chǎng)強(qiáng)大。

　　（2）在電流過(guò)零時(shí)，剩余磁場(chǎng)在中心部分較大，靠觸頭邊緣剩余磁場(chǎng)迅速下降�？v向磁場(chǎng)的滯后時(shí)間在觸頭間隙中間平面沿X 軸路徑的分布，也對(duì)應(yīng)于縱向磁場(chǎng)的分布，可以看出成“幾”字狀分布，在平面中心滯后時(shí)間相對(duì)較大，靠近平面邊緣滯后時(shí)間較小。同時(shí)，導(dǎo)體電阻值比較小，即溫升較理想。

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