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刘佩 (刘佩.)

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真空绝缘存在饱和效应限制了单断口真空断路器往更高电压等级发展,采用多断口串联充分发挥真空短间隙优异的绝缘性能,是发展高电压等级真空断路器的趋势之一。本文目标是确定均压电容对双断口真空断路器工频和雷电冲击绝缘特性的影响。研究结果可为双断口真空断路器均压电容选取提供参考。
本文设计了双断口真空断路器工频以及雷电冲击绝缘特性实验及断口电压测量方案。双断口真空断路器采用两个12kV真空灭弧室串联按U型结构布置。均压设置为均压电容分别为0pF、100pF、500pF、1500pF和5000pF五种情况。在工频电压实验中,单只灭弧室触头开距分别为0.5mm、1mm和2mm。电压分布通过测量灭弧室断口并联均压电容支路的电流计算低压断口电压。工频电压升压速度为3kV/s。在雷电冲击电压实验中,灭弧室触头开距分别为1mm、2mm、3mm、4mm、6mm和8mm。电压分布通过设计的阻容并联分压器测量雷电冲击电压实验中低压断口电压得到,雷电冲击击穿电压U50通过升降法获得。
得到了均压电容对双断口真空断路器断口工频和雷电冲击电压分布的影响。结果表明:在工频电压下,双断口真空断路器触头开距越大,断口电压分布越不均匀;触头开距为1mm,断口工频电压为20kV时,低压断口分压比由均压电容100pF对应的44.7%增加到均压电容5000pF对应的49.4%。随着断口总电压的增大,断口电压分布有一定的改善。在雷电冲击电压下,不并联均压电容时电压分布最差,高压断口分压比为76.6%,不均压系数为1.53,均压电容增大到500pF时,高压断口不均系数减小为1.07。
获得了均压电容对双断口真空断路器工频击穿电压的影响。结果表明,随着均压电容的增大,单断口真空灭弧室工频击穿电压略有降低,双断口真空断路器工频击穿电压先增大后减小,并在均压电容为500pF时取得最大值。总开距相同时,双断口真空断路器的击穿电压相比单断口真空灭弧室有明显的提高,在总开距分别为1mm和2mm的情况下,增益倍数分别为1.24和1.42。
得到了均压电容对双断口真空断路器雷电冲击击穿电压的影响。实验结果发现随着并联电容的增大,单断口真空断路器击穿电压U50逐渐降低。当发生微放电现象时,均压电容会对断口放电,对断口耐压产生不利的影响。随着均压电容的增大,双断口真空断路器雷电冲击击穿电压U50是先增大后减小,均压电容为500pF时取得最大值。对比单断口和双断口真空断路器雷电冲击击穿电压,在总开距相等时,随着灭弧室触头开距的增大,双断口真空断路器的绝缘特性优势越明显,在断口总开距为2mm时,增益倍数为1.18;当断口总开距增大为8mm时,增益倍数为1.41。在灭弧室触头开距为1mm和2mm时,双断口的雷电冲击击穿电压U50小于单断口真空灭弧室两倍,随着灭弧室触头开距增大到3mm和4mm,双断口的雷电冲击击穿电压U50逐渐接近并超过单断口真空灭弧室的两倍。
提出了均压电容串联限流电阻的均压方案。起到了保护均压电容,避免单个断口击穿时电压分布极不均匀的作用。单个灭弧室开距为1mm,双断口真空断路器并联1500pF均压电容时,对应的雷电冲击击穿电压U50为129.1kV;当均压电容串联50kΩ限流电阻后,对应的雷电冲击击穿电压U50提高到138.9kV。

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分压比 工频击穿电压 绝缘特性 均压电容 雷电冲击击穿电压 双断口真空断路器

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  • [ 1 ] 西安交通大学电气工程学院

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Degree: 硕士

Mentor: 刘志远

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Year: 2018

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