直流接觸器滅弧時(shí)間試驗(yàn)分析

1、直流接觸器滅弧時(shí)間試驗(yàn)分析時(shí)間：2014-05-28 14:36 來(lái)源：低壓電器雜志 編輯：魏志娟摘 要：直流接觸器分?jǐn)嘀绷麟娏鲿r(shí)，不像交流電流那樣存在過(guò)零點(diǎn)，直流電弧熄滅比交流電弧熄滅困難。直流電弧可以利用永磁體磁吹滅弧方式進(jìn)行有效滅弧。分別對(duì)兩臺(tái)直流接觸器進(jìn)行滅弧時(shí)間檢測(cè)試驗(yàn)，測(cè)試不同電流下滅弧時(shí)間，不同時(shí)間常數(shù)下滅弧時(shí)間，分析滅弧時(shí)間與電流及時(shí)間常數(shù)的關(guān)系，得出滅弧時(shí)間與電流及時(shí)間常數(shù)的變化規(guī)律;為直流接觸器有效滅弧提供相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)依據(jù)和參照。關(guān)鍵詞：直流接觸器;電弧;滅弧時(shí)間;時(shí)間常數(shù)The test analysis of the DC contactor quenching time

2、CHEN Weigang(Beijing Peoples Electric Plant Co. , Ltd. , Beijing 102600, China)Abstract: The DC contactor generates electric arc when breaking the DC circuit. The DC circuit doesnt have the zero-crossing point, so it is more difficult to quench the electric arc than the AC contactor. The magnetic qu

3、enching of the permanent magnet is an effective way to the DC electric arc quenching. Two different DC contactors were tested to check the quenching time. The quenching time was tested within different circuit and time constant. The tested result was analyzed to find the relations between the quench

4、ing time and the circuit, and the relations between the quenching time and time constant. The regulation of the quenching time with the circuit and time constant was obtained. The tested results provide some experiment basis and consult to the effective quenching of the DC contactor.Keyword: DC cont

5、actor; electric arc; quenching time; time constant0 引言近年來(lái)，隨著科技的進(jìn)步，作為解決高電壓、大容量、長(zhǎng)距離送電和異步聯(lián)網(wǎng)重要手段的直流輸電技術(shù)正越來(lái)越受到廣泛的應(yīng)用1。相比交流輸電，直流輸電有較好的經(jīng)濟(jì)效益和優(yōu)越的運(yùn)行特性2。為了增加直流輸電的靈活性、多樣性，人們希望采用多端直流輸電系統(tǒng)3。直流電流的開斷不像交流電流那樣可以利用交流電流的過(guò)零點(diǎn)，直流接觸器的主要問(wèn)題就是沒有可直接熄滅電弧的電流零點(diǎn)。因此，直流開斷最重要的問(wèn)題，是要采取有效措施讓開斷直流電流必須創(chuàng)造過(guò)零點(diǎn)4-5。直流接觸器的種類很多，具體結(jié)構(gòu)也有所差異，但動(dòng)作原理基本相同6

6、，直流接觸器是一種適用于遠(yuǎn)距離頻繁地接通和分?jǐn)囝~定工作電壓為1 200V 及以下的直流主電路及大容量控制電路的電器。直流接觸器觸點(diǎn)在直流大電流下切換時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電弧，電弧引起的觸點(diǎn)腐蝕降低了接觸器的工作壽命，使直流接觸器的電壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其機(jī)械壽命7。所以使電弧盡快熄滅，可以有效的保護(hù)觸頭不被燒毀，提高直流接觸器電氣壽命。1 直流接觸器滅弧方式直流接觸器常見的滅弧方式有拉長(zhǎng)電弧、強(qiáng)冷電弧等方式，強(qiáng)冷電弧有串勵(lì)線圈磁吹滅弧、并勵(lì)線圈磁吹滅弧、永磁體磁吹滅弧、窄縫滅弧、柵片滅弧等形式8-9。滅弧室結(jié)構(gòu)也是基于上述滅弧方式的一種或者兩種及以上的結(jié)合設(shè)計(jì)的10。直流電弧之所以能采用永磁體磁吹滅弧，是因?yàn)橹?/p>

7、流電弧運(yùn)動(dòng)方向是一定的，所以在恒定磁場(chǎng)中，電弧受到力的方向恒定，可以利用電磁力把電弧吹向外側(cè)，實(shí)現(xiàn)快速滅弧。直流接觸器滅弧方式見圖1。圖1 永磁體磁吹滅弧由圖1可以看出，電弧方向I與磁場(chǎng)強(qiáng)度B方向垂直，根據(jù)左手定則，電弧受到電磁力F作用，觸頭兩側(cè)電弧分別受到向外的作用力F，電磁力使電弧迅速向外吹出，達(dá)到快速熄滅電弧的效果。2 直流接觸器試品采用兩臺(tái)約定發(fā)熱電流不同和觸頭開距不同的直流接觸器進(jìn)行試驗(yàn)研究，試品參數(shù)見表1。表1 試品參數(shù)產(chǎn)品型號(hào)線圈電壓V觸頭結(jié)構(gòu)主觸頭約定發(fā)熱電流Ith A開距mm超程mm滅弧方式ADC2202NO1205.92.8永磁體磁吹BDC2202NO1606.93.2兩臺(tái)

8、直流接觸器從觸頭閉合狀態(tài)到觸頭打開狀態(tài)測(cè)試用時(shí)時(shí)間分別為，試品A用時(shí)17ms，試品B用時(shí)20ms。所以試品A的觸頭分?jǐn)嗥骄俣葹?，VA=(開距+超程)/分?jǐn)鄷r(shí)間=(5.9+2.8)/17=0.512mm/ms;試品B的平均分?jǐn)嗨俣?，VB=(6.9+3.2)/20=0.505mm/ms;所以觸頭分?jǐn)嗨俣劝磛=0.5mm/ms計(jì)算。3 不同時(shí)間常數(shù)下滅弧時(shí)間3.1 試品A滅弧時(shí)間通以600A相同電流，不同時(shí)間常數(shù)下，直流接觸器試品A的滅弧時(shí)間示波圖見下圖，時(shí)間常數(shù)L/R=0.5ms時(shí)滅弧時(shí)間示波圖見圖2，時(shí)間常數(shù)L/R=2.5ms時(shí)滅弧時(shí)間示波圖見圖3。圖2 試品A滅弧時(shí)間(時(shí)間常數(shù)L/R=0.5

9、ms)示波圖由圖2可以看出，當(dāng)時(shí)間常數(shù)L/R=0.5ms時(shí)，在電流5Ie(600A)時(shí)，試品A的滅弧時(shí)間是2.6ms。由電弧電流下降曲線可以看出，時(shí)間常數(shù)L/R=0.5ms時(shí)，電流下降分3個(gè)階段，即：驟降、緩降、均勻下降三階段。驟降使電弧能量迅速降低，有利于電弧快速熄滅。圖3 試品A滅弧時(shí)間(時(shí)間常數(shù)L/R=2.5ms)示波圖由圖3可以看出，當(dāng)時(shí)間常數(shù)L/R=2.5ms時(shí)，在3.75Ie(600A)時(shí)，試品A的滅弧時(shí)間是4ms。由電弧電流下降曲線可以看出，時(shí)間常數(shù)L/R=2.5ms時(shí)，電流便不會(huì)發(fā)生驟降情況，只有緩降區(qū)和勻速下降區(qū)兩個(gè)階段，緩慢下降，使電弧能量降低緩慢，延長(zhǎng)了電弧熄滅的時(shí)間。試

10、品A說(shuō)明在相同電流下，時(shí)間常數(shù)越大，滅弧時(shí)間越長(zhǎng)。試品A在不同時(shí)間常數(shù)及不同電流下的滅弧時(shí)間對(duì)比見圖4。其中電流取值為0.04Ie-5Ie，時(shí)間常數(shù)L/R=0.5ms時(shí)，滅弧時(shí)間為1.6ms-3.0ms;時(shí)間常數(shù)L/R=2.5ms時(shí)，滅弧時(shí)間為2.5ms-4.2ms。在1Ie電流下，時(shí)間常數(shù)L/R=0.5ms時(shí)，滅弧時(shí)間為2ms，時(shí)間常數(shù)L/R=2.5ms時(shí)，滅弧時(shí)間為3.5ms。所以當(dāng)時(shí)間常數(shù)增大時(shí)，滅弧時(shí)間相應(yīng)增大。原因是隨著時(shí)間常數(shù)增大，電流電弧下降沒有了驟降階段，電流電弧下降速度變緩，不利于電弧能量的降低，導(dǎo)致冷卻速度減小。時(shí)間：2014-05-28 14:36 來(lái)源：低壓電器雜志 編

11、輯：魏志娟圖4 試品A在不同時(shí)間常數(shù)及電流下的滅弧時(shí)間3.2 試品B滅弧時(shí)間通以480A相同電流，不同時(shí)間常數(shù)下，直流接觸器試品B的滅弧時(shí)間示波圖見下圖，時(shí)間常數(shù)L/R=0.5ms時(shí)滅弧時(shí)間示波圖見圖5，時(shí)間常數(shù)L/R=2.5ms時(shí)滅弧時(shí)間示波圖見圖6。圖5 試品B滅弧時(shí)間(時(shí)間常數(shù)L/R=0.5ms)示波圖由圖5可以看出，當(dāng)時(shí)間常數(shù)L/R=0.5ms時(shí)，在3Ie(480A)時(shí)，試品B的滅弧時(shí)間是2ms。與試品A相同，電流電弧下降分為驟降、緩降和勻速下降三個(gè)階段。圖6 試品B滅弧時(shí)間(時(shí)間常數(shù)L/R=2.5ms)示波圖由圖6可以看出，當(dāng)時(shí)間常數(shù)L/R=2.5ms時(shí)，試品B的滅弧時(shí)間是3.6ms

12、。與試品A相同，電流電弧下降沒有了驟降區(qū)，只剩緩降區(qū)和勻速下降區(qū)兩個(gè)個(gè)階段。試品B同樣說(shuō)明在相同電流下，時(shí)間常數(shù)越大，滅弧時(shí)間越長(zhǎng)。試品B在不同時(shí)間常數(shù)及不同電流下的滅弧時(shí)間對(duì)比見圖7。其中電流取值為0.03Ie-3.75Ie，時(shí)間常數(shù)L/R=0.5ms時(shí)，滅弧時(shí)間為1.6ms-2.3ms;時(shí)間常數(shù)L/R=2.5ms時(shí)，滅弧時(shí)間為2.5ms-3.6ms。在1Ie電流下，時(shí)間常數(shù)L/R=0.5ms時(shí)，滅弧時(shí)間為2.1ms，時(shí)間常數(shù)L/R=2.5ms時(shí)，滅弧時(shí)間為3.0ms。所以當(dāng)時(shí)間常數(shù)增大時(shí)，滅弧時(shí)間同樣相應(yīng)增大，原因與試品A相同。時(shí)間：2014-05-28 14:36 來(lái)源：低壓電器雜志 編

13、輯：魏志娟圖7 試品B在不同時(shí)間常數(shù)及電流下的滅弧時(shí)間4 相同時(shí)間常數(shù)下試品A、B對(duì)比在相同時(shí)間常數(shù)L/R=0.5ms時(shí)，試品A和試品B在不同電流下的滅弧時(shí)間見圖8。圖8 試品A、B在相同時(shí)間常數(shù)下的滅弧時(shí)間由圖8可以看出，試品A和試品B在時(shí)間常數(shù)L/R=0.5ms時(shí)，滅弧時(shí)間相差不大，都在1.6-2.6ms之間。試品A(120A)的最大滅弧時(shí)間為電流值5Ie時(shí)，滅弧時(shí)間2.6ms，而動(dòng)靜觸頭完全打開時(shí)間為，5.9/0.5=11.8ms;試品B(160A)的最大滅弧時(shí)間為電流值0.5Ie時(shí)，滅弧時(shí)間2.3ms, 而動(dòng)靜觸頭完全打開時(shí)間為，6.9/0.5=13.8ms。在電流值5Ie及以下時(shí)，滅

14、弧時(shí)間遠(yuǎn)小于觸頭分?jǐn)鄷r(shí)間，即在觸頭完全打開前，電弧已經(jīng)熄滅，所以試品A和試品B的電弧熄滅時(shí)間大致相同，雖然試品A觸頭開距小于試品B觸頭開距。5 結(jié)論永磁鐵磁吹滅弧，在觸頭分?jǐn)啻?、小電流時(shí)，均能可靠、快速滅弧，無(wú)滅弧困難的臨界電流點(diǎn);有效的滅弧措施，使滅弧時(shí)間遠(yuǎn)小于觸頭分?jǐn)鄷r(shí)間，即在觸頭完全打開前，電弧已經(jīng)熄滅，所以觸頭開距大小對(duì)滅弧速度影響不大，但是，當(dāng)時(shí)間常數(shù)增大時(shí)，電弧電流下降速度變慢，滅弧時(shí)間變長(zhǎng)。所以對(duì)直流接觸器，應(yīng)采取有效的滅弧方式，使電弧快速冷卻，減小時(shí)間常數(shù)，使電弧快速熄滅?！緟?考 文 獻(xiàn)】1 華偉, 周文定. 現(xiàn)代電力電子器件及其應(yīng)用M. 北京: 北方交通大學(xué)出版社, 200

15、2.2 高銀銀, 陳民武, 方雨菡. 直流高速真空斷路器滅弧方案的仿真研究J. 四川電力技術(shù), 2013, 36(3): 72-75.3 董恩源. 基于電子操動(dòng)的快速直流斷路器的研究D. 大連: 大連理工大學(xué), 2004.4 SHEA J J. Gassing arc chamber wall material effect on post current-zero recovery voltage break downJ. IEEE Transaction on Components and Packaging Technologies, 2004, 27(1): 42-50.5 Darwish HA, Izzularab MA, Elkalashy NI. Real-time Testing of HVDC Circuit Breakers Part : Bench Test DevelopmentC. ICEEC04, Cairo, Egypt, 2004.6 張敬菽, 陳德桂. 直流接觸器磁系統(tǒng)