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1、光伏发电系统结构 本文在研究时采用的光伏发电系统等效框图如图1 所示。其中太阳能电池板用于将太阳辐射的能量转化为直流电势，其具体参数及非线性特性等由生产商提供。直流电势须经由DC/DC升压模块以
及DC/AC 逆变器转换为合适的交流电力输送给电气网络。图中的LC 滤波器主要作用是用于限制逆变器得到的交流电中的谐波失真等非线性干扰。 真空断路器利用真空作为灭弧介质以及灭弧后触头间的绝缘介质，得益于其高真空环境，触头间的介电常数是标准大气压下的十倍以上，因此其电流截断能力也远强于普通断路器。然而正因其较强的电流截断能力，真空断路器在操作时易产生较高的过电压，当电路中存在电机、变压器、
电抗器等高电感元件时，容易在这些元件两端形成瞬态高压，损坏电路。随着城市化进程的加速，大型生活小区的形成以及工业生产的集团化和规模化，为提高供电质量，减少线路损耗，需要高压送电直接进入市区的负荷中心，因而要求大量使用占地面积小、可靠的高压开关———真空开关。 真空开关是一种以气体分子极为稀少，绝缘强度很高的真空空间为熄弧介质的新型开关。其触头是在密封的真空灭弧室内分、合电路的，切断电
流时，仅有金属蒸汽离子形成的电弧，而无气体的碰撞游离，因金属蒸汽离子的扩散及再复合过程非常迅速，从而能快速灭弧和恢复原来的真空度，可承受多次分、合闸而不降低开断能力，并且不产生高压气体及有毒气体。因此具有：①体积小，重量轻；②动作快，开断容量大；③适合频繁操作;④无火灾及危险，不污染环境；⑤寿命长，维修工作量少等优点。 真空开关的工艺水平适合我国企业的制造现状，价格相对较低，非常适合我国
的国情，因此得到了普遍的应用。据统计，我国目前在10kV 级断路器中，真空开关占到80%以上。在35kV 级，近几年也占到40%以上。但是，由于真空开关依赖真空实现快速灭弧开断，在检测中也较多出现真空灭弧室漏气、机械特性失调、温升过高等不合格现象，因此在应用真空开关时必须处理好这几个关键问题。1、真空室漏气 真空灭弧室是真空开关的核心部件， 它是采用玻璃或陶瓷作支撑及密封，内部有
动、静触头和屏蔽罩，室内有负压，
及DC/AC 逆变器转换为合适的交流电力输送给电气网络。图中的LC 滤波器主要作用是用于限制逆变器得到的交流电中的谐波失真等非线性干扰。 真空断路器利用真空作为灭弧介质以及灭弧后触头间的绝缘介质，得益于其高真空环境，触头间的介电常数是标准大气压下的十倍以上，因此其电流截断能力也远强于普通断路器。然而正因其较强的电流截断能力，真空断路器在操作时易产生较高的过电压，当电路中存在电机、变压器、
电抗器等高电感元件时，容易在这些元件两端形成瞬态高压，损坏电路。随着城市化进程的加速，大型生活小区的形成以及工业生产的集团化和规模化，为提高供电质量，减少线路损耗，需要高压送电直接进入市区的负荷中心，因而要求大量使用占地面积小、可靠的高压开关———真空开关。 真空开关是一种以气体分子极为稀少，绝缘强度很高的真空空间为熄弧介质的新型开关。其触头是在密封的真空灭弧室内分、合电路的，切断电
流时，仅有金属蒸汽离子形成的电弧，而无气体的碰撞游离，因金属蒸汽离子的扩散及再复合过程非常迅速，从而能快速灭弧和恢复原来的真空度，可承受多次分、合闸而不降低开断能力，并且不产生高压气体及有毒气体。因此具有：①体积小，重量轻；②动作快，开断容量大；③适合频繁操作;④无火灾及危险，不污染环境；⑤寿命长，维修工作量少等优点。 真空开关的工艺水平适合我国企业的制造现状，价格相对较低，非常适合我国
的国情，因此得到了普遍的应用。据统计，我国目前在10kV 级断路器中，真空开关占到80%以上。在35kV 级，近几年也占到40%以上。但是，由于真空开关依赖真空实现快速灭弧开断，在检测中也较多出现真空灭弧室漏气、机械特性失调、温升过高等不合格现象，因此在应用真空开关时必须处理好这几个关键问题。1、真空室漏气 真空灭弧室是真空开关的核心部件， 它是采用玻璃或陶瓷作支撑及密封，内部有
动、静触头和屏蔽罩，室内有负压，
使触头在闭合碰撞时得以缓冲，把碰撞的动能转弹性势能，抑制触头的弹跳。(4)为分闸提供一个加速力。当接触压力大时，动触头得到较大的分闸力，容易拉断会闹熔焊点，提高分闸初始的加速度，减少燃弧时间，提高分断能力。触头接触压力是一个很重要的参数，在产品的初始设计中要经过多次验证、试验才选取得比较合适。如触头压力选得太小，满足不了上述各方面的要求；但触头压力太大，一方面需要增大合闸操作功，另外灭弧室和整机的机械强度要求也需要提高，技术上不经济。接触行程真空断路器毫无例外地采用对接式接触方式。动触头碰上静触头之后就不能再前进了，触头接触压力是由每极触头压缩弹簧(有时称作合闸缓冲弹簧)提供的。所谓接触行程，就是开关触头碰触开始，触头压簧施力端继续运动至终结的距离，亦即触头弹簧的压缩距离，故又称压缩行程。接触行程有两方面作用，一是令触头弹簧受研发、生产、销售和服务为一体的规模型企业，公司技术力量雄厚，设备配套完善，产品型号多样，随着公司的不断发展，产品设计科学、制作精良、造型美观，是现代电网建设的理想的配套产品，其中户内（外）真空断路器，隔离开关，负荷开关，氧化锌避雷器，熔断器，穿墙套管，绝缘子，电流互感器，高压电力计量箱等一系列高低压电气产品畅销全国各地我们以“科技兴业，质量创牌，诚经营，优良服务”的企业宗旨；一直致力于追求卓越的民族电气工业，为广大新老用户提供优质的产品和良好的服务而不懈努力，您的满意始终是我们追求的目标，真诚欢迎新老朋友惠顾，共创美好未来。压而向对接触头提供接触压力；二是保证在运行磨损后仍然保持一定的接触压力，使之可靠接触。一般接触行程可取开距的20％～30％左右，10kV的真空断路器约为3～4mm。真空断路器的实际结构中，触头合闸弹簧设计成即使处于分闸位置，也有相当的预压缩量，有预压力。这是为使合闸过程中，当动触头尚未碰到静触头而发生预击穿时，动触头有相当力量抵抗电动力，而不致于向后退缩；当触头碰接瞬间，接触压力陡然跃增至预压力数值，防止合闸弹跳，足以抵抗电动斥力，并使接触初始就有良好状态；随着接触行程的前进，触头间的接触压力逐步增大，接触行程终结时，接触压力达到设计值。接触行程不包括合闸弹簧的预压缩量程，它实际上是合闸弹簧的第二次受压行程。合闸速度平均合闸速度主要影响触头的电磨蚀。如合闸速度太低，则预击穿时间长，电弧存在的时间长，触头表面电磨损大，甚至使触头熔焊而粘住，降低灭弧室的电寿命。但速度太高，容易产生合闸弹跳，操动机构输出功也要增大，对灭弧室和整机机械冲击大，影响产品的使用可靠性与机械寿命。平均合闸速度通常取0.6m/s左右为宜。分闸速度断路器的分闸速度一般而言速度越快越好，这样可以使首开相在电流趋近于0前2～3ms时能开断故障电流；否则首开相不能开断而延续至下一相，原来首开相变为后开相，燃弧时间加长了，增加了开断的难度，甚至使开断失败。但分闸速度太快，分闸的反弹也大，反弹太大震动过剧亦容易产生重燃，所以分间速度亦应考虑这方面因素。
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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
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
