关于灭弧室电容老炼数目的研究

关于灭弧室电容老炼数目的研究

张英张宁杨振生苏通杜昭

（陕西宝光真空电器股份有限公司陕西宝光721006）

摘要：电容老炼可以使真空灭弧室内部产生长时间、阶段性放电，每一阶段性放电不需要降低电压就可自然中止，因而使触头间隙的耐压水平得以提高。所以电容老炼可以使真空灭弧室在较低的电压下发生多次击穿，大大提高老炼效率。本文通过对电容老炼的基本原理及其作用的研究，通过建立试验来研究电容老炼数目扩增后对真空灭弧室的性能有什么影响。

关键词：电容老炼；冲击检测；回路电阻；金相分析

0引言

一直以来，真空灭弧室行业对与真空灭弧室老炼的研究层出不穷，尤其是对电容老炼的研究，但查阅了相关文献后发现大多数文章都是对老炼作用或者机理的研究，而对研究电容老炼效果影响因素的文献很少，因为可能影响电容老炼效果的因素有很多，包括变压器容量、限流电阻大小、老炼电压、老炼开距、老炼时间和数量等，但究竟这些因素会不会对电容老炼的效果产生影响，我们不得而知，所以我们想选择这些因素当中一个通过试验来解开这个疑问。而本文的研究就是建立在压器容量（25KVA）、限流电阻大小（500pF）、老炼电压（40KV和60Kv）、老炼开距（1.5mm和2mm）、老炼时间（1min）这些因素一定的情况下，电容老炼的数量——这一因素对电容老炼效果有什么样的影响。

1电容老炼的基本原理及其作用

1.1基本原理及其作用

电容老炼其实就是并联了电容器的工频超高压老炼，如下图

图中T为工频电源，Rm为限流电阻，VCB代表真空灭弧室，Cp并联电容器

真空灭弧室对工频电流的过零熄灭，由并联电容器和回路电感（包括导线和触头电感之和）在电极间隙上产生瞬态过电压，引起下一次击穿的发生。由于并联电容器充电的时间增加使每次击穿有一定的时间间隔，形成彼此独立的连续击穿过程。【1】工频超高压老炼虽然也会发生击穿，但放电发生的频率、击穿电流的大小都远低于电容老炼。电容老炼可以使真空灭弧室内部产生长时间、阶段性放电，每一阶段性放电不需要降低电压就可自然中止，因而使触头间隙的耐压水平得以提高。所以电容老炼可以使真空灭弧室在较低的电压下发生多次击穿，大大提高老炼效率。【2】

1.2电容老炼的优点

1.2.1增加单位时间内的放电次数，可迅速提高真空间隙耐电压强度，从而缩短老炼时间，提高工作效率。

1.2.2电容老炼老炼时的击穿放电是彼此独立的持续时间为几十μs的多次击穿，增加了每次放电的能量，可明显促进触头表层的放气。

2试验方法

2.1建立衡量试验效果的体系

为了判断电容老炼数目扩增后的老炼效果是否会受影响，我们需要建立一套衡量体系来验证老炼效果。通过上述对电容老炼机理及其作用的研究得知电容老炼有加强老炼的作用，而老炼作用增强的直接体现就是雷电冲击检测可以更容易通过。同时，电容老炼会使真空灭弧室内电极表面产生浅表融化层，从而使得回路电阻值与正常值相比可能会有变化。再者，因为电容老炼增加了放电能量，所以电极表面由于击穿所产生的斑点面积可能随之增大。

结合上述分析出的三个老炼作用的结果，我们分别设立了三个指标去验证电容老炼数目扩增后的老炼效果是否会受影响。

2.1.1通过雷电冲击耐压检测的手段判断数量增加后的老炼是否进行得彻底。如果老炼数目扩增后的管子做冲击耐压检测时很顺利，说明老炼是彻底的。如果老炼数目扩增后的管子做冲击耐压检测时通过很困难，说明老炼进行的不彻底。

2.1.2通过测试回路电阻值的大小推断老炼数目增加前后老炼效果是否受影响。如果电容老炼数目增加后测回路电阻超出了正常值的范围，说明数目的增加对电极表面的烧蚀比较严重。反之回路电阻值正常说明数目的扩增并未使得电极的表面受到多大影响。

2.1.3分析电容老炼后的真空灭弧室电极表面的击穿斑点分布情况，因为斑点是灭弧室击穿瞬间的放电产生，放电次数越多，斑点数目越多；放电能量越大，斑点的总面积越大。所以通过对老炼数量增加前后电极表面的击穿斑点数量和面积的计算，来判断老炼作用的强弱。

2.2试验过程

试验中我们对同一电压等级、开断能力相同的灭弧室在同样的设备和试验条件下，一部分按目前工艺要求的4只一组进行电容老炼，一部分提高至8只一组进行电容老炼，然后对其效果进行比较分析。我们选用电压等级10Kv，开断能力20KA、纵磁触头结构，光板瓷壳TD34-12/1600-31.5A作为研究对象。我们选取了12只出自一炉、真空度均在0.0005Pa以上、还未做过任何老炼的TD34-12/1600-31.5A。将12只管子分为两个方案进行试验：

A方案：按照目前工艺要求4只一槽进行电容老炼，之后进行工频超高压老炼。

B方案：在现在工艺要求的基础上提高至8只一槽进行电容老炼，之后进行工频超高压老炼。

3、试验结果

3.1冲击检测：A方案和B方案都按照42Kv电压、3分钟稳压时间的电容老炼工艺，存放24小时之后，两个方案的管子分别进行冲击检测，结果两组管子都能顺利通过检测。

3.2回路电阻：两个方案的管子分别进行回路电阻值的测试，随后我们将测试值根据样本的分布作了如下汇总：

从测试结果不难发现两组管子的电阻值比较接近，而且都在标准范围内。

3.3金相分析：从A方案和B方案的管子中各解剖开一只管子观察电极表面的击穿斑点，并计算斑点的总面积。

4只一组老炼的管子斑点分布密集，但每个斑点的面积较小，而8只一组老炼的管子斑点分布疏松，但每个斑点的面积较大。无论是4只老炼还是8只老炼，触头表面的斑点分布都比较均匀，基本涵盖了中心孔到触头边缘的所有区域。计算8只一组老炼的管子的正负极斑点总面积1872mm2，大于4只一组老炼的管子1761mm2。二者相比较：4只老炼过程中放电次数多，但放电能量小，而8只老炼过程中放电次数少，但放电能量大。所以从这个角度来说4只与8只的老炼效果相当。

4、试验分析

4只和8只电容老炼后的冲击检测都可以通过；回路电阻值基本相当并且都在标准范围内；电极表面击穿斑点的分布与面积：所以电容老炼数目在8只以内时，电容老炼数目的增加不会对老炼效果产生影响。

5结语

本文主要研究了电容老炼数目对老炼效果有无影响的问题，通过对电容老炼机理的分析得知电容老炼有哪些作用，在真空灭弧室内部会产生哪些表征，继而通过建立一套衡量体系来验证电容老炼数目扩增后的老炼效果是否受到影响。最后通过试验我们知道电容老炼数目在8只以内时，电容老炼数目的扩增不会对老炼效果产生影响。

参考文献：

【1】杨兰均，王宝利，等.真空灭弧室电压老炼新技术研究【J】.高压工程，1999,5:88-90.

【2】李芳霞.真空灭弧室并联电容老炼的试验研究【J】.真空电器技术，1999,2:8-10.