ZW43A-12/1250-20户外柱上开关

对采集数据进行形态学操作，得到内部高能等离子体及电弧外部轮廓的时间-
面积变化曲线。从引弧、稳定燃弧、熄弧及弧后介质恢复四个角度，对不同阶段的电弧面积变化做出定量分析，并探究电弧熄弧阶段电弧内外面积差变化。实验表明，通过分析不同阶段的等离子体形态变化，能够找到电弧平稳燃弧及弧后介质恢复的关键点，为高压等级真空断路器研发设计及后期电弧形态诊断提供进一步参考。  随着我国电力系统的不断发展，真空断路器的生产数量逐渐超过中压SF6开关。由于其体积小、开断寿命长和电
流容量大等优点，真空断路器的应用范围越来越多向高压、超高压扩展。真空电弧是断路器触头断开时，依靠蒸发金属蒸气并电离来维持的低温等离子体，其形成、发展和后熄灭对开断电路有着重要影响。研究真空电弧等离子体的形态特征，对断路器电场、磁场设计有很好的指导作用。 通过对高速摄像机采集到一组真空电弧分析，t= 0.2～6.8 ms 为引弧和稳定燃弧阶段，此阶段电弧形态主要为阴极斑点形成和电弧等离子体充满真个触头间隙，因此时两极不断向间隙补充电子及高能粒子，故此时虽电弧整体轮廓不断增大，但扩散现象并不明显。为更加清晰地展示内外电弧几何形态区别，本文主要对熄灭阶段及弧后介质恢复阶段的电弧形态做出
后期处理，对稳定燃弧阶段的内部高能等离子体形态未做出细节分析。t=6.9ms 开始为真空熄弧阶段，内外面积差开始激增，内部高能等离子体面积逐渐减小，电弧外部轮廓在纵向磁场作用下维持扩散状态，其电弧原始图像与内部高能等离子体分布二值图像如图6。图中可看出内部高能电弧即将从两极分断开来，外部电弧轮廓基本维持在稳定扩散状态。  t = 7.5 ms 以后熄弧阶段开始向弧后介质恢复阶段过渡，内部等
离子面积分布迅速减小，外部电弧轮廓也出现缩小现象，

因此如何合理的设置铁芯以及如何合理的设计铁芯结构成为提高真空灭弧室可靠性的关键。针对杯状纵磁真空灭弧室触头，本文设计了两种不同结构的铁芯，一种是结构为环状的铁芯，为了减小涡流的影响，在环形铁芯上开一个间隙为1 mm 的断口;另一种结构为圆周方向布置的柱状铁芯，柱状铁芯相互不接触，因此可以更好的减小涡流的影响。采用有限元分析方法对比分析了两种不同结构铁
芯对纵向磁场和剩余磁场以及磁场滞后时间的影响。  触头结构模型  文中仿真所采用的两种不同铁芯结构的触头模型如图1 所示，触头杯均有4 个杯指，为了防止触头片上产生涡流，对应的在触头片上开有四个周向均匀布置的径向直槽。触头外径尺寸为78 mm，壁厚11 mm，弧柱直径与触头外径尺寸相同，柱状铁芯12 个，仿真模型中触头开距为10 mm，杯座材料为无氧铜，支撑盘材料为不锈钢，触头片材触头在高真空中分离时，其电弧表现形式与外观特性都与在空气中的情形有较大区别。真空断路器的击穿机理目前主要有场致发射、粒撞击和粒子交换
三种假说，在短间隙真空断路器的相关研究中，通常由场致发射效应占主导。在触头断开时刻，整个阴极表面会产生金属蒸气。理论上是由于触头分开瞬间，电流集中在触头表面某点上，导致金属桥熔化且部分金属原子发生电离。随着触头开距的增大，场致发射与间隙击穿增强，触头表面金属凸点不断溶化并向触头间隙补充金属粒子。此时阴极斑点会在阴极表面形成，并有更多的高能等离子体形成并扩散至间隙内。电弧引燃后，充满等离子体的电极间
隙变成良好导体，同时阳极开始向电弧提供粒子。在纵向磁场作用下，电弧等离子体由触头中心向周围扩散，此过程会维持一段时间。对于交流真空断路器而言，电流到达峰值后会逐渐减小，两触头向等离子体提供的粒子同样减少，此时电极间隙内主要为弧后残存粒子，伴随着触头完全断开，残存粒子逐渐扩散至消失，断路器完成开断。  真空电弧等离子体的产生过程，可以表现为触头开距增大、触头表面金属蒸发，伴随场致发射效应和金
属电离，由于两极电子、金属离子的不断补充，终形成电弧。在电弧等离子体的研究方面，王景、武建文等运用连续光谱法分析了电子温度和电子密度，并讨论了中频情况下，电弧过渡及扩散两种形态。胡上茂、姚学玲等利用RC 阻容式电荷收集器，对初始等离子体的触发特性进行了研究。舒胜文、黄道春等通过对真空断路器开断过程的再研究，提出数值方针结合实验的方法，给出开断过程不同阶段所需的数值仿真方法及关注点。赵子玉等通过C
CD 摄像技术，分析了真空电弧的重燃及抑制措施