3.5.1 根據(jù)陽(yáng)極燃弧模式圖優(yōu)化分閘特性的方法

根據(jù)前面的介紹，真空滅弧室存在一個(gè)在不同電流與開(kāi)距下的陽(yáng)極燃弧模式圖。該分布圖與滅弧室的材料，觸頭直徑（包括觸頭結(jié)構(gòu)以及滅弧室結(jié)構(gòu)）有關(guān)，而與分閘速度的關(guān)系不大。在分閘速度確定的情況下，真空滅弧室的開(kāi)斷過(guò)程僅僅是電流與開(kāi)距的關(guān)系，從而在該陽(yáng)極放電模式分布圖上可以得到一條表征開(kāi)斷過(guò)程的燃弧模式曲線，我們通過(guò)對(duì)該曲線進(jìn)行選擇性優(yōu)化，可使其盡量避開(kāi)對(duì)開(kāi)斷不利的陽(yáng)極斑點(diǎn)模式以及強(qiáng)電弧模式區(qū)域，確定優(yōu)化分閘速度曲線，實(shí)現(xiàn)滅弧室成功開(kāi)斷。

圖3-33是一個(gè)圖例，表示了一定的滅弧室的燃弧模式圖及在不同觸頭速度下的燃弧模式曲線。假定該真空滅弧室需要開(kāi)斷1650A（峰值）的電流，燃弧時(shí)間為9.5ms左右，當(dāng)動(dòng)觸頭以平均速度為2.0m/s的分閘特性開(kāi)斷時(shí)，其燃弧模式曲線如圖中虛線所示，陽(yáng)極表面首先為擴(kuò)散態(tài)電弧。當(dāng)電流增加到984A（瞬時(shí)值），開(kāi)距為4mm時(shí)，陽(yáng)極首先產(chǎn)生點(diǎn)狀斑點(diǎn)；隨著電流的增大到1490A（瞬時(shí)值），點(diǎn)狀斑點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閴K狀陽(yáng)極斑點(diǎn)，此時(shí)開(kāi)距為6.7mm。滅弧室的動(dòng)觸頭一直處于陽(yáng)極斑點(diǎn)模式，一直持續(xù)到電流過(guò)峰值后減小到1006A（瞬時(shí)值），開(kāi)距為15mm時(shí)又轉(zhuǎn)變?yōu)辄c(diǎn)狀斑點(diǎn)模式。當(dāng)電流減小到214A（瞬時(shí)值），開(kāi)距為18.7mm時(shí)陽(yáng)極現(xiàn)象從點(diǎn)狀斑點(diǎn)模式轉(zhuǎn)換為擴(kuò)散態(tài)電弧模式，最終維持該模式直到電流過(guò)零。

圖3-33 不同分閘速度下的陽(yáng)極燃弧模式情況對(duì)比

當(dāng)以動(dòng)觸頭平均速度為1.1m/s的分閘特性開(kāi)斷時(shí)，其燃弧模式曲線如圖中點(diǎn)劃線所示，從觸頭剛分開(kāi)始，陽(yáng)極現(xiàn)象維持在強(qiáng)電弧模式區(qū)域中，一直持續(xù)到電流為1528A（瞬時(shí)值），開(kāi)距為2.4mm時(shí)，陽(yáng)極表面才轉(zhuǎn)變點(diǎn)狀斑點(diǎn)模式，該點(diǎn)狀斑點(diǎn)一直持續(xù)到電流315A（瞬時(shí)值），開(kāi)距為9.6mm時(shí)消失，最終以一個(gè)擴(kuò)散態(tài)模式直到電流過(guò)零。

從大小兩種平均速度可以看到，在2.0m/s速度下，燃弧模式曲線會(huì)經(jīng)過(guò)一段陽(yáng)極斑點(diǎn)模式區(qū)域，而在1.1m/s速度下，滅弧室從開(kāi)始燃弧就存在一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間的強(qiáng)電弧模式，兩種情況都對(duì)真空開(kāi)斷不利。因此，在陽(yáng)極放電模式分布圖的基礎(chǔ)上，擬定出一條能夠避開(kāi)強(qiáng)電弧區(qū)域以及陽(yáng)極斑點(diǎn)區(qū)域的燃弧模式曲線，如圖3-33中所示優(yōu)化后的燃弧模式曲線（實(shí)線）。該曲線在觸頭分開(kāi)始很快就為擴(kuò)散態(tài)電弧，開(kāi)距很小時(shí)能夠避開(kāi)強(qiáng)電弧模式，然后當(dāng)電流為1574A（瞬時(shí)值），開(kāi)距在3.25mm時(shí)陽(yáng)極首先產(chǎn)生點(diǎn)狀斑點(diǎn)，并且一直在點(diǎn)狀斑點(diǎn)區(qū)域中達(dá)到電流峰值1650A，然后電流下降為1006A（瞬時(shí)值），開(kāi)距為4.89mm時(shí)，陽(yáng)極現(xiàn)象消失，最后達(dá)到電流過(guò)零。

將圖3-33中的三條分閘燃弧模式曲線轉(zhuǎn)化成與時(shí)間相關(guān)的分閘特性曲線（見(jiàn)圖3-34）后可以看到，平均分閘速度為2.0m/s的分閘特性曲線中，陽(yáng)極斑點(diǎn)存在的時(shí)間為3.6～7.8ms，而陽(yáng)極有活躍現(xiàn)象的時(shí)間從1.9ms持續(xù)到9.5ms；平均分閘速度為1.1m/s的分閘曲線中，強(qiáng)電弧模式存在的時(shí)間為0～3.8ms，并且直到9.6ms后陽(yáng)極不再活躍；而優(yōu)化后的分閘特性曲線開(kāi)斷1650A峰值電流時(shí)，陽(yáng)極表面只出現(xiàn)點(diǎn)狀斑點(diǎn)模式，點(diǎn)狀斑點(diǎn)從4.1ms持續(xù)到4.89ms。該優(yōu)化后的分閘曲線在分閘初始時(shí)需要一個(gè)比較快的速度，從而避開(kāi)強(qiáng)電弧模式，而在電流峰值和電流過(guò)零點(diǎn)之間，分閘速度需要降低，從而避免進(jìn)入陽(yáng)極斑點(diǎn)模式。

圖3-34 三種不同的燃弧模式曲線對(duì)應(yīng)的分閘特性曲線

真空斷路器這種剛分速度高，平均分閘速度低的分閘特性曲線從真空電弧大電流陽(yáng)極放電模式的方面來(lái)看，它能夠很好地控制在燃弧過(guò)程中的陽(yáng)極表面保持一個(gè)良好的狀態(tài)，降低陽(yáng)極表面溫度，從而提高斷路器的電流開(kāi)斷能力。